plik


ÿþ¦In\ynieria Rolnicza 2/2006 Andrzej Myczko Instytut Budownictwa, Melioracji i Elektryfikacji Rolnictwa OddziaB w Poznaniu ZASTOSOWANIE NANOTECHNOLOGII W PRAKTYCE ROLNICZEJ Streszczenie Wszystkie funkcje tlenków katalitycznych z udziaBem nanoczsteczek srebra (Ag) oraz fotokatalizatorów z nanoczsteczkami tytanu (TiO2) mog znalez zastosowanie do sanitacji i dezodoryzacji budynków inwentarskich oraz zmniejszenia emisji gazów, gBównie amoniaku (o okoBo 50%) i podtlenku azotu (od 68 - 75%). Wymaga to zmian konstrukcji wielu elementów budynku w celu zwikszenia powierzchni styku  zagro- \eD z powBokami katalitycznymi. Nieznane cigle s interakcje pomidzy preparata- mi zawierajcymi nanoczsteczki, a zwierztami, owadami i drobnoustrojami, które przebywaj w budynkach dla zwierzt oraz ich wpByw na produkty pochodzenia zwie- rzcego, zwBaszcza mleko. SBowa kluczowe: monotechnologia, powBoki katalityczne Wprowadzenie Nanotechnologia jest dziaBem nauki o materiaBach. Pod tym pojciem kryje si zestaw technik i sposobów tworzenia rozmaitych struktur o rozmiarach nanome- trycznych (od 10 do 1000 nanometra), czyli na poziomie pojedynczych czsteczek. Nauka ta Bczy wybrane obszary fizyki ciaBa staBego, chemii, materiaBoznawstwa oraz biologii molekularnej [Cempel 1999]. Nanotechnologie uprawiaj wszystkie organizmy \ywe. Struktury wewntrz komó- rek mo\na porówna do mikromaszyn. Na poziomie pojedynczych czsteczek jest kontrolowana struktura drewna, Bodyg ro[linnych, ko[ci, skóry Ludzie, równie\ wykorzystuj struktury nanometryczne. Mo\na w[ród nich wymieni:  tworzywa sztuczne,  sztuczne wBókna,  roztwory powBokowe o dziaBaniu katalitycznym,  nanorurki jako kierunkowe przewodniki prdu lub filtry wybiórcze,  mikrosfery w których mo\na umieszcza leki lub preparaty stymulujce,  molekularne ukBady elektroniczne.  mikromaszyny o elementach z kilku lub kilkuset czsteczek. '(¦ 4aWemX]¦@lVm^b¦¦ ¦ Ze wzgldu na istniejce w rolnictwie, a zwBaszcza w produkcji zwierzcej, problemy z zanieczyszczaniem [rodowiska naturalnego, emisjami nieprzyjemnych odorów oraz emisjami gazów wpBywajcych na globalne ocieplenie, najefektywniejsze obecnie wy- daje si stosowanie roztworów powBokowych o dziaBaniu katalitycznym. Wkompono- wane w struktur tych roztworów nanoczsteczki TiO2, Ag oraz SiO2 ujawniaj bowiem nieznane dotychczas wBa[ciwo[ci tych substancji [Renner 2001]. PowBoki katalityczne stymuluj reakcje utleniania i redukcji na ich powierzchni i w bliskim otoczeniu. W budynkach inwentarskich utlenianie mo\na wykorzysta do dezodoryza- cji, a reakcje redukcji do ograniczania emisji amoniaku i tlenków azotu. Stosowanie preparatów wywoBujcych tzw. kataliz [rodowiskow, np. fotokatalizatorów na bazie TiO2 pozwala w rolnictwie wykorzysta nastpujce ich funkcje:  efekt hydrofilowy  samooczyszczajc  bakteriobójcz  grzybobójcz  dezodoryzujc  neutralizujc lotne zwizki organiczne. Zastosowanie tlenków katalitycznych z udziaBem nanoczasteczek srebra (Ag) umo\liwia uzyskanie efektu katalitycznego bez dostpu [wiatBa oraz wzmacnia funkcj bakteriobójcz i grzybobójcz. Mo\emy nawet w tym przypadku mówi o funkcji sterylizujcej. Wszystkie wymienione powy\ej funkcje mog znalez zastosowanie w budownictwie inwentarskim. Ich skuteczne wdro\enie do praktyki rolniczej poprawi dobrostan zwierzt i warunki zoohigieniczne, ograniczy uci\li- wo[ dla otoczenia oraz zmniejszy zagro\enia [rodowiskowe wywoBywane emi- sjami gazowymi z fermentacji jelitowej i odchodów. Mimo \e dziaBanie ekologicznych roztworów produkowanych z wykorzystaniem nanotechnologii jest ju\ wykorzystywane w innych dziaBach gospodarki, np. w przemy[le motoryzacyjnym i budownictwie mieszkaniowym, to w rolnictwie brak jakichkolwiek zastosowaD. Ich upowszechnienie bdzie wymagaBo zmodyfi- kowania elementów konstrukcyjnych przyziemia budynków, elementów [cien- nych, sufitowych oraz zbiorników nawozu, tak aby zoptymalizowa efekt katalizy. Dodatkowym utrudnieniem bd nieznane jeszcze interakcje pomidzy nanocza- steczkami, a szeroko pojtym [wiatem \ywym (w tym mikrobiologicznym) budyn- ku inwentarskiego oraz ich wpByw na produkty pochodzenia zwierzcego (mleko, obornik). Równie\ nie do koDca mo\na przewidywa sposób rozkBadu zwizków azotowych. Bowiem tylko teoretycznie mo\na zaBo\y, \e w wyniku rozkBadu pozostanie woda, dwutlenek wgla i azotan wapnia. W IBMER O/PoznaD prze- prowadzono wstpne badania dotyczce wpBywu stosowania powBok z nanastruk- turalnych tlenków katalitycznych na ograniczenie emisji gazowych i zmniejszenie ilo[ci drobnoustrojów na powierzchniach [cian. ')¦ MTfgbfbjTa\X¦aTabgXV[ab_bZ\\!!!¦ MateriaB i metody ZaBo\ono, \e w obecno[ci obornika zastosowanie na przegrodach [ciennych po- wBok katalitycznych spowoduje istotne statystycznie zmniejszenie ilo[ci drobno- ustrojów na jednostce powierzchni oraz zmaleje emisja NH3, N2O, CH4 i CO2. Celem pracy byBo przebadanie wpBywu czterech roztworów katalitycznych. Dwóch z udziaBem nanoczsteczek TiO2 tworzcych powBoki fotokatalityczne oraz dwóch z nanoczasteczkami Ag. Do badaD u\yto preparatów firmy NANOPAC o symbolach: PowBoki fotokatalityczne z TiO2  P&T  100 do pokrywania szkBa, ceramiki, poliwglanów, plandek, lamp. Preparat ten wymaga staBego dostpu [wiatBa.  P&T  230 Ag do [cian malowanych i betonowych, tapet, tkanin, skór. Ten preparat zawiera równie\ nanoczasteczki srebra, co umo\liwia stosowanie w miejscach pozbawionych dostpu [wiatBa. Tlenki katalityczne z Ag  NPS  100 do nanoszenia na wewntrzne powierzchnie w budownictwie ([ciany tynkowane i betonowe, wykBadziny, tkaniny, tkaniny filtracyjne, arty- kuBy sanitarne).  NPS  200 do nanoszenia na filtry powietrza i filtry wodne, zbiorniki, przewo- dy wentylacyjne. Mo\na go stosowa w warunkach normalnego o[wietlenia dowolnym rodzajem [wiatBa, jak równie\ w ciemno[ci. Próbk, ka\dego z badanych materiaBów nanoszono na 4 pBytki o wymiarach 20x30 cm (Bcznie 0,24 m2) o powierzchniach powleczonych zapraw cementow. Wszystkie wysterylizowane próbki z TiO2 umieszczono w pierwszej sekcji komory do[wiad- czalnej o pojemno[ci 1,0 m3. W drugiej komorze umieszczono próbki z preparata- mi NPS. Próbki kontrolne umieszczono w zaadaptowanej komorze pyBowej o po- dobnej pojemno[ci. Badania prowadzono w temperaturze 20°C. We wszystkich komorach ustawiono kuwety (naczynia) z ze [wie\ym obornikiem o pojemno[ci 25 litrów. W oborniku utrzymywano temperatur 40-50°C. Do stabilizacji tempe- ratury zastosowano grzaBki solne umieszczone w kpieli wodnej. PozwoliBo to równie\ podnie[ wilgotno[ wzgldn powietrza w komorach do 80%, czyli takiej jaka panuje w budynku inwentarskim. Badania mikrobiologiczne próbek zlecono wyspecjalizowanemu laboratorium. Badania emisji gazowych wykonano multianalizatorem gazowym firmy Innova. Pomiary wykonano w komorach z próbkami P&T  230Ag oraz NPS  200, które wykazaBy najlepszy efekt biobój- czy. Dla wzmocnienia efektu preparatami pokryto obustronnie dodatkowe pByty o powierzchni po 0,8 m2, na pBytach umieszczonych poziomo pomidzy oborni- kiem, a wylotem wentylacyjnym. Wielko[ tych pByt byBa podyktowana rozmiarami '*¦ 4aWemX]¦@lVm^b¦¦ ¦ komór do[wiadczalnych. W sposób symultaniczny rejestrowano st\enia amonia- ku, podtlenku azotu, metanu i dwutlenku wgla. Wyniki Uzyskane w badaniach wyniki przedstawiono w tabelach 1 i 2. Tabela 1 zawiera [rednie ilo[ci mikroorganizmów stwierdzonych na powierzchniach badanych pBy- tek. Zgodnie z wcze[niejszymi przewidywaniami powBoki naniesione na po- wierzchnie chropowate o du\ej granulacji tynku (6  8 mm) wykazaBy lepsze od- dziaBywanie ze wzgldu na wiksz powierzchni czynn naniesionego preparatu. Tabela 1. Zrednia ilo[ drobnoustrojów z sze[ciu prób w cigu doby, pobieranych co 4 godziny Table 1. Average number of microorganisms from six tests in 24 hours, sampled every 4 hours Powierzchnia Powierzchnia Powierzchnia kontrolna bez do[wiadczalna do[wiadczalna Preparat preparatów GBadka chropowata [mln/cm2] [mln/cm2] [mln/cm2] Fotokatalizatory z TiO2 P&T  100 1,87 2.14 P&T  230Ag 57 1,91 1,02 Tlenki katalityczne z Ag NPS  100 0,83 2,01 NPS  200 poni\ej 0,5 poni\ej 0,5 Tabela 2. Zrednie emisje gazowe z poszczególnych komór do[wiadczalnych (n=6 razy w cigu doby) w ppm. Table 2. Average gas emissions from the respective test chambers (n=6 times in 24 hours) in ppm. Preparat Powierzchnia Powierzchnia Powierzchnia Kontrolna bez do[wiadczalna do[wiadczalna preparatów gBadka chropowata Fotokatalizatory z TiO2 NH3  15,21 NH3  12,35 N2O  23.16 N2O  19,99 P&T  230Ag NH3  37,33 CH4  500,31 CH4  611.00 N2O  28,85 CO2  41132,66 CO2  54548,03 Tlenki katalityczne z Ag CH4  685,03 NH3  17,40 NH3  13,39 CO2  34783,2 N2O  21,81 N2O  19,65 NPS  200 CH4  314,32 CH4  529.76 CO2  39867.8 CO2  45956.2 '+¦ MTfgbfbjTa\X¦aTabgXV[ab_bZ\\!!!¦ Najlepsze wBa[ciwo[ci biobójcze wykazaB preparat NPS  200, jednak\e dziaBanie wszystkich zastosowanych preparatów nale\y uzna za wystarczajce. Zastosowa- nie ich na powierzchniach [cian i sufitów budynków dla zwierzt, szczególnie w tuczarniach [wiD i w kurnikach obni\y koszty dezynfekowania pomieszczeD. Uzyskane wyniki z pomiarów emisji gazowych [wiadcz o przydatno[ci badanych preparatów do ograniczanie zawarto[ci amoniaku i podtlenku azotu. Wiksza sku- teczno[ wykazana przez preparaty naniesione na powierzchnie chropowate byBa spowodowana wiksz ich powierzchni caBkowit, która umo\liwia katalizatoro- wi zmagazynowanie wikszej ilo[ci energii do udostpnienia dla reakcji utleniania i redukcji. Oceniajc wyniki nale\y uwzgldni fakt, \e uzyskano je w komorach bilanso- wych, które s swego rodzaju ukBadem statycznym. Wprowadzone do niego  przy- padkowe ilo[ci drobnoustrojów nie musz wiernie odzwierciedla zjawisk jakie bd zachodziBy w cigle zmieniajcym si ukBadzie dynamicznym jakim jest wy- peBniony zwierztami budynek inwentarski. Dlatego dalsze badania powinny by przeprowadzone na obiektach rzeczywistych z uwzgldnieniem oceny wpBywu stosowanych preparatów na wystpujce w budynku inwentarskim organizmy \y- we, tj. zwierzta, mikroorganizmy i owady. Wnioski 1. Wszystkie zastosowane rodzaje powBok katalitycznych spowodowaBy zmniej- szenie ilo[ci drobnoustrojów w stosunku do powierzchni kontrolnej, przy czym dziaBanie tlenków katalitycznych z nanoczsteczkami srebra byBo sku- teczniejsze ni\ fotokatalizatora tylko z nanoczsteczkami dwutlenku tytanu. 2. Najwiksz redukcj emisji gazowych zaobserwowano w stosunku do amonia- ku. Preparaty naniesione na powierzchnie gBadkie spowodowaBy redukcj po- nad 50%, a na powierzchniach chropowatych od 68 do 75%. 3. Najwiksz redukcj metanu spowodowaB preparat NPS  200. 4. We wszystkich przypadkach wystpiB wzrost emisji dwutlenku wgla. 5. Nieznane cigle s interakcje pomidzy preparatami zawierajcymi nanocz- steczki, a zwierztami, owadami i drobnoustrojami, które przebywaj w bu- dynkach inwentarskich oraz ich wpByw na produkty pochodzenia zwierzcego, zwBaszcza mleko. Bibliografia Cempel Cz.1999. Nanonauka  nanotechnologia: yródBa i perspektywy. Nauka. 3. s. 177-187. ',¦ 4aWemX]¦@lVm^b¦¦ ¦ Renner R. 2001. Ekologiczne roztwory. Zwiat nauki. Listopad. 46kb. www.swiatnauki.pl THE APPLICATION OF NANOTECHNOLOGY TO THE AGRICULTURAL PRACTICE Summary All functions of catalytic oxides with portion of nanomolecules of silver (Ag) and photocatalysts with nanomolecules of titanium (TiO2) can be applied to sanitation and deodorization of livestock buildings as well as to decrease the emission of gases, especially ammonia (by about 50%) and nitrous oxide (by 68 - 75%). It requires some constrictive changes of many elements of the building in order to enlarge the surface of contact of  risks with catalytic coats. The interactions be- tween preparations containing nanomolecules and animals, insects and microor- ganisms which are present in buildings for animals are still unknown as well as their influence on the animal products, especially milk. (#¦

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
10 Kodeks Dobrej Praktyki Rolniczej
Zastosowanie nanotechnologii w medycynie i farmacji
MRiRW MÅš kodeks dobrej praktyki rolniczej
Skrócony zbiór zasad dobrej praktyki rolniczej dla potrzeb wdrażania Dyrektywy Azotanowej(1)
DOBRE PRAKTYKI W ROLNICTWIE
Odpromienniki i ich praktyczne zastosowanie
Mikrokontrolery PIC w praktycznych zastosowaniach mipicp
Praktyczne zastosowanie genetyki w hodowli ryb akwariowych cz I
Pionierzy praktycznych zastosowań psychologii
Miedzynarodowe Standardy Rachunkowosci Praktyczne zastosowanie w biznesie mistra
Kompresor praktyczne zastosowanie

więcej podobnych podstron