Экологическая оценка наноструктурированных материалов в архитектуре

Фундук: диаметр 1 см
Земля: диаметр 12 742 км
1 нанометр = 0, 000 000 001 метра

Фуллерен
Фуллере́ны, бакибо́лы или букибо́лы — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. Своим названием эти соединения обязаны Ричарду Бакминстеру Фуллеру, чьи геодезические конструкции построены по этому принципу. Первоначально данный класс соединений был ограничен лишь структурами, включающими только пяти- и шестиугольные грани. Заметим, что для существования такого замкнутого многогранника, построенного из n вершин, образующих только пяти- и шестиугольные грани, согласно теореме Эйлера для многогранников, утверждающей справедливость равенства | n | − | e | + | f | = 2 (где | n | , | e | и | f | соответственно количество вершин, ребер и граней), необходимым условием является наличие ровно 12 пятиугольных граней и n / 2 − 10 шестиугольных граней.
Растворимые в воде кластеры активны по распространению в окружающей среде и цитотоксичны
Открыт Крото, Смолли и Керлом в 1985 г.

Применение фуллерена в строительстве
Добавки в интумесцентные (вспучивающиеся) огнезащитные краски. За счёт введения фуллеренов краска под воздействием температуры при пожаре вспучивается, образуется достаточно плотный пенококсовый слой, который в несколько раз увеличивает время нагревания до критической температуры защищаемых конструкций.

Пенококсовый слой для повышения огнезащиты конструкций

Функционализация фуллеренов
Реакция Дильса-Альдера (циклоприсоединение веществ, содержащих кратную связь, активированную соседней электроноакцепторной группой)
Реакция Прато (реакция с присоединением азометиновых илидов)
Реакция Бингеля
Гидрирование с образованием С60Н2 … С60Н50
ВСЕ РЕАКЦИИ ОБРАТИМЫ
Функционализация снижает цитотоксичность

Биосфера Фуллера (павильон США на ЭКСПО-67). В настоящее время музей «Биосфера», Монреаль)

Углеродные нанотрубки
это протяжённые цилиндрическиеэто протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометровэто протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовыхэто протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена.

ФАКТОРЫ ВРЕДНОСТИ ФУЛЛЕРЕНА:
Цитотоксичность;
Активность нанокластеров в водной среде;
Дериватизация (образрвание производных химических веществ)
Аналогичные исследования ведутся с наночастицами оксидов кварца, титана и железа

РИСК ВОЗДЕЙСТВИЯ НАНОЧАСТИЦ
РИСК = токсичность + длительность действия
Однослойные нанотрубки – 20 %
Фуллерен – 40%
Наночастицы алюмоксана – 30%
Наночастицы диоксида титана – 50%
Вино -20%
Полиолефины – 60%
Нефтепереработка – 8%

Структура экологической оценки
1. Учет нагрузок на окружающую среду по жизненному циклу
2. Учет токсичности для человека веществ в жидкой фазе
3. Учет положительны эффектов от нанотехнологий для окружающей среды

2. Технологии молекулярной и атомарной точности
создание покрытий для адсорбции эмиссий вредных воздействий, что актуально для уже существующих материалов, выделяющих в окружающую среду вредные вещества.
использование технологий молекулярной и атомарной точности при формировании структуры материала также можно разделить на два типа: наноструктурная модификация уже известных материалов и создание новых структур с использованием мельчайших компонентов.

Наноизмельченные составы и покрытия для материалов придают им:
антипирирующие свойства;
водостойкость;
биостойкость; долговечность;
поглощают эмиссию вредных веществ за счет их адсорбции
В.В. Мальцев Новые экологически-безопасные кровельные материалы, содержащие нанокомпоненты (www.ecrushim.ru)

Слева направо: беспорошковая технология, порошковая технология с использованием дисперсных г.п., газосиликат из боя стекла
Слева – пеностекло из цеолитной г.п.; справа – пеностекло из каолина
Плотность пеностекла зависит от тонины помола
Эффективно использовать природные дисперсные породы в случае подготовки порошков
Еще эффективнее использовать гели или растворы (достижим диаметр ячейки 1 мкм при плотности материала 70 к куб. м)
Помол стекла для порошковой технологии – энергозатратное мероприятие (до 115кВт*час/т)

В Мадриде специалисты из компании Acciona построили мост из полимерного композиционного материала — углепластика. Его длина достигает 44 м, ширина — 3,5 м, и выглядит он как легкая, бесшовная конструкция, не имеющая даже опор. Как считают сами строители, углеволокно делает процесс производства мостов более простым и быстрым, да и себестоимость проекта становится ниже. К примеру, монтаж моста из углепластика над рекой Манзанарес проводился всего лишь пару часов. На сооружение израсходовали 12 т углеволокна.

Основные организации пооценке материалов с использованием нанотехнологий
Nanotechnology Environmental and Health Implications Working Group
National Institute of Occupation Safety and Health
National Nanotechnological initiative