РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ - ОПЫТ ПАТЕНТНОГО АНАЛИЗА
(к. х.н., доцент, Мастер ТРИЗ),
Нами разрабатывается База данных по использованию химических эффектов в патентах и рефератах по химии и экологии (БД ХЭ) [ 1]. Введя ключевое слово “эколог”, в ней найдены 300 примеров технических решений в области охраны окружающей среде. В данной БД ХЭ можно использовать 3 способа поиска информации: а) по корню слова; б) выбором ХЭ из приложенного их списка (от c01 до c93); в) по кодам МКИ/МПК (международной патентной классификации от C01 до C30) выбором из их списка; а также парными сочетаниями этих способов. Основываясь на технических характерах экологических проблем и опираясь на основы теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), предлагаем следующую их классификацию:.
а) Минимизация объема и характера (“вредного” свойства) отходов за счет изменения технических процессов ( 30 примеров таких решений, 10%) – например:
Ранее в качестве реагентов были рекомендованы и нашли широкое применение комплексоны на основе диаминоэтилена, однако эти реагенты при попадании в сточные воды и окружающую среду не могут быть переработаны природными факторами - их использование приведет к нарушению экологического равновесия в природе, т. к. эти комплексоны весьма устойчивы и прочно связывают катионы Ca2+. Предложены новые комплексоны: N-(карбокси-метил)аспарагиновая, N, N-бис(карбокси-метил)-аспарагино-вая, иминодиянтарная кислоты (как аналоги иминодиуксусной и нитрилтриуксусной кислот по координационной способности), но в условиях живой природы они быстро разрушаются с образованием усвояемых аминокислот. Синтез их осуществлен из разных амино - или иминокислот и малеиновой кислоты. Эта безотходная технология и высокая дентатность комплексонов обеспечивают хорошую перспективу для практического применения. Оценена устойчивость средних комплексов металлов(2+): Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cu. Комплексоны на основе янтарной кислоты хорошо перерабатываются микроорганизмами [ 2].
Промышленная технология синтеза тиолсодержащих полиэфиров из хлорсодержащих лапролов и дихлордиэтилен формаля с сульфгидратом натрия (в растворе этилового спирта) плохо воспроизводима, весьма пожароопасна и выделяет токсичный сероводород. Предложен способ синтеза их из полипропиленэпоксида взаимодействием с политиолом без выделения сероводорода и без применения спирта-растворителя. [ 3]
На одном корабле во время шторма за борт повесили 5 мешков с паклей, пропитанной льняным маслом. Через каждые 1,5 часа их заменяли. За сутки было израсходовано 60 кг масла - и ни одного повреждения, ни одной жертвы! [4, c.153] Эксперименты в Черном море показали, что 10 л специальной жидкости достаточно для создания невидимой глазу пленки площадью 27 га. Если применять экологически безвредные жидкости, то можно решать разнообразные проблемы. Например, борьба с тропическими ураганами, зародышами которых являются области интенсивного испарения. Для предотвращения испарения, сбрасывают с воздуха большую "каплю" жидкости в пластиковом мешке - и ураган на сегодня отменяется. [ 4]
Переносчиками" шума на предприятиях являются вентиляционные ходы, система воздушного отопления, т. к. применяется металл, хорошо проводящий звук. Если просто заменить на полиэтиленовые трубы, то достигается малый эффект. Как его применить для звукоизоляции? Вероятное решение: В рукав из полиэтиленовой пленки или иного эластичного материала помещают второй рукав, меньшего диаметра, а зазор заполняют по всей длине и периметру эластичными шарами, они поглощают тепло и шум. Пленочный трубопровод технологичен в монтаже (стыки можно сваривать, склеивать, сшивать). [ 5]
Из-за огромного облака пыли работать в чаше горнорудного карьера после взрыва породы просто невозможно. Но и ждать, пока пыль уляжется, времени нет. Необходимо быстро и эффективно подавить пыль. Вероятное решение: По периметру карьера и на уступах располагают емкости с водой и взрывают их дополнительными зарядами одновременно с остальными. Взорванная вода устремляется к центру карьерной чащи и быстро подавляет облако. [ 6]
При подземном расплавлении серы для выдачи ее на поверхность вместо горячей воды, которая при этом загрязняется H2S и ее очень трудно очищать, предложено нагревать серу пропусканием через пласт электрического тока [ 7].
Для сжигания токсичных отходов, которые в низкотемпературных печах (до 1000°С) дают сложные сильнотоксичные вещества (диоксины), предложено применять высокотемпературные плазменные печи. [ 8] Может быть, сжигать или дожигать озоном c воздухом или c кислородом.
Известно, ТЭЦ вырабатывают в качестве отходов много углекислого газа (СО2). Куда его девать? Избыточный углекислый газ предложено выморозить из дымовых газов, затем закачать по трубе в океан на глубину 3 км - под таким давлением этот газ становится тяжелее воды, к тому же он образует с водой твердые клатраты [ 9]. Для высокоселективного восстановления СО2 при комнатной температуре предложен [ 10] катализатор kt = Cu/TiFe0.95Zr0.03Mo0.02 + Pt/Al2O3 в реакции:
3 CO2 + C6H12 =(kt)=> 3 CO + C6H6 + 3 H2O .
Ожидается, что количество танкеров, перевозящих сжиженный газ, будет непрерывно увеличиваться. Обычно в таких танкерах природный газ охлаждается до температуры -162°C, сжижается и уменьшает при этом свой объем примерно в 600 раз, заполняя огромные баки на борту судна. Специалисты западногерманской компании "Линде" разработали модель танкера, которая безопаснее и устойчивее традиционных. Сжиженный газ наполнит сотни небольших алюминиевых сосудов диаметром три метра. Повреждение одного цилиндра не представляет большой опасности, так как при этом высвобождается лишь небольшая порция газа. Более того, наличие зазоров между цилиндрами позволяет эффективно и, главное, равномерно охлаждать газ, а в больших танках возникают сильные потоки, приводящие к неустойчивости положения судна. Самое удивительное: новая система размещения небольших цилиндров в трюме танкера не уменьшает количества газа, которое можно перевезти на судне при той же грузо-подъемности. [ 11]
По мере того, как в промышленности появляются новые процессы, материалы, способы обработки, повышаются требования и к средствам индивидуальной защиты, обеспечивающим сохранение здоровья работающих. Взять, например, защитные перчатки. Для удовлетворения запросов химиков и электриков, биологов и врачей, их еще недавно можно было изготовлять из резины. Но сегодня резина уже не в состоянии обеспечить комплекс необходимых защитных свойств. Поэтому во французской фирме "Пьеркан" перешли на выпуск перчаток двухслойной конструкции. Основа их из каучука, который обеспечивает желаемую эластичность. А второй слой подбирается в зависимости от характера выполняемой в перчатках работы. Скажем, для защиты от агрессивных сред наружный слой делается из хайполона (хлорсульфированного полиэтилена), а покрытие из стирольного каучука предохраняет руки от воздействия радиоактивных веществ. [ 12]
Способ тушения пожара с помощью воды, отличающийся тем, что с целью уменьшения расхода воды за счет ее стекания в воде растворяют такие полимеры, которые делают жидкость клейкой. Такая вода обволакивает крышу и стены, чтобы уменьшить распространение огня. [ 13]
Вместо ТЭС (тетраэтил свинца) предложены антидетонационные присадки к бензину с ферроценами и их производными. Они снижают токсичные компоненты в отработавших газах автодвигателей, повышают надежность работы двигателей и катализаторов нейтрализации газов. [ 14]
Предложено бесхлорное отбеливание пероксидом водорода, ферментами, перманганатом калия. Из ферментов предложены целловиридин или пектофоетидин, после них действуют Н2О2, потом диоксид хлора. На лиственную сульфатную целлюлозу действовали Н2О2, затем перманганатом К - получают белизну 85% [ 15], при этом уменьшаются хлорсодержащие ядовитые стоки.
Предложено твердофазное модифицирование механохимической активацией природных цеолитов-шабазита, клиноптилолита и смесей с Ca(H2PO4)2.H2O, (NH4)3PO4 с целью регулирования растворимости фосфатов в агрохимических условиях. Происходит локализация фосфат-ионов на поверхности цеолитовых частиц путем их взаимодействия с Al-содержащими активными центрами. Переход Р2О5 в воду снижается в 4-5 раз, т. е. происходит пролонгирование действия фосфора в цеолит-фосфатном удобрении и уменьшение перехода фосфатов в сточные воды. [ 16]
Предложены бифункциональные силаны для “зеленых” резиновых шин. Вредным компонентом в шинах является технический углерод, его заменяют на белую сажу (SiO2 - кремнезем). Однако из-за наличия на частицах кремнезема полярных силанольных групп они имеют плохое сродство к каучукам. Для повышения сродства кремнезем обрабатывают бифункциональными силанами; в результате повышаются свойства резины и улучшаются несовместимые характеристики шин: сопротивление качению и сцепление с мокрой дорогой. [ 17]
"Зеленая химия" принципы и практика: проводится проектирование таких продуктов и процессов в экологической химии, которые уменьшают или устраняют производство вредных веществ, предупреждают загрязнение окружающей среды. Это не переработка и употребление вредных отходов, а улучшение безопасности и сокращение затрат промышленности. [ 18] Экологически безопасные энергоемкие материалы: инициирущие ВВ содержат Pb или Hg, которые загрязняют окружающую среду. Предложен перхлорат 2,4-динитрофенилдиазония, минимальный его заряд почти в 100 раз меньше заряда гремучей ртути. [ 19] Инертные органические растворители предложены для обезвоживания порохов: ранее его производили с помощью солей, которые потом попадают в сточные воды и загрязняют окружающую среду. Предложено применить инертный органический растворитель толуол, который можно возвратить в производство. Жидкие стоки не содержат толуола. [ 20] Проблемы экологии обуславливают исследования катализаторов и сероочистки. Предложено жидкофазное окисление меркаптанов и сероводорода в воднощелочной среде в присутствии гомогенного фталоцианинового катализатора. Низкомолекулярные меркаптаны окислены до дисульфидов. Процессы применены в промышленности. [ 21]
Очевидно, технические решения этой группы пока ещё не значительны, они более перспективны, но изобретатели учитывают и тот факт, что за многие годы работы промышленности уже накоплены значительные количества отходов, которые загрязняют окружающую среду.
б) Переработка накопленных промышленностью отходов (12 примеров такого вида решений с получением полезных продуктов, - 4%). На территории России накоплено 1,1 млрд. тонн опасных отходов. Ежегодно накопление различных видов твердых отходов в России - 10-15 тонн на человека. Степень утилизации отходов не велика. Например, предложено:
В отходах завода белково-витаминных концентратов образуется ил (осадок), который отделяют отстаиванием раствора. После слива осветленного раствора ил пытались захоронить в ямах (в земле), но этот ил содержит белки, которые при хранении в природных условиях гниют, выделяя вредные газы и жидкости, загрязняющие воздух и воды. Предлагали хранить подобный ил в условиях без доступа воздуха (в атмосфере СО2 или N2) [ 22] или замораживать, но такие способы дорогие и сложные, а также при этом копятся большие объемы ила. Вероятное решение: 1) применить прием "вред в пользу", 2) найти такой процесс, в котором добавление ила приносит пользу. Ил предложено закачивать в нефтяные скважины для повышения их дебита [ 22].
Предложен [ 23] механохимический синтез композита вяжущего из отходов ТЭС (высококальциевой золы - 75-80%), горелой земли литейного производства (15-20%) и глиноземистого отхода абразивного завода (5-10%) при 10 мин совместной переработке на планетарной мельнице достигают высокую прочность (за счет разрушения стеклянных капсул с оксидом кальция) и водостойкость вяжущего при меньшей стоимости по сравнению с портланд-цементом. Композит уменьшает отходы – решаются также экологические проблемы.
Получают ПАВ [ 24] из отходов сельского хозяйства (картофеля, пшеницы и др.) путем электрохимического их гидролиза. ПАВ применимы в электрогидрометаллургии и гальванотехнике. Предложено [ 25] получать дешевые сорбенты из рисовой шелухи, тростника, косточек ягод. При 600°С получены карбонизированные мембранные пленки (0,02-0,05 мк), при 700°С они сворачиваются в трубки (d=0,5 мк), а при 750°С образуются фуллереноподобные соединения, которые хорошо сорбируют примеси, т. к. на поверхности присутствуют реакционноспособные карбоксильные и карбонильные группы.
В производстве капролактама образуются щелочной сток, масло и спиртовая фракция. Предложено получать диэфирный пластификатор для полимеров на основе щелочного стока, нейтрализованного серной кислотой: выделяют органические кислоты, после отделения их этерифицируют спиртовой фракцией и получают пластификатор. Масло конденсируют с формальдегидом, отделяют органический слой и его аминируют, получают ингибитор корозии. [ 26] Так отходы становятся сырьём. И другие примеры: очистка сточных вод основана на фильтрации через угольные сорбенты, которые являются отходами электродного производства. [ 27] Изменяют соединения металлов путём биологической обработки органических отходов сточных вод для улучшения почв: Zn и Cd фиксируются, а Ni и Cr дают подвижные формы. [ 28] Очистка стоков методом известкования обеспечивает требуемый уровень очистки от металлов (Cu, Ni и др.), однако происходит большой расход извести, трубопроводы загипсовываются, очищенные воды имеют высокую жесткость, образуют много осадка. Предложено применение в качестве коагулянта солей Fe и Al - отходов литейных производств. Рекомендуются рН=9-11, расход Fe:Cu = 10:1. [ 29]
Предложены способы извлечения металлов из отходов переработки руд: при мокрой очистке технологических газов из медных руд 40% Os переходит в промывную серную кислоту, при экстракции Re до 20% Os извлекаются вместе с ним. Предложено извлекать Os из разбавленной серной кислоты действием аммиака в виде осадка (NH4)2[OsO2(SO4)2(NH3)2]. [30] Ртуть извлекают из сточных вод золой углей [31] Из пыли восстановительной плавки титана извлекают Ga (содержание 2-4%) щелочными растворами, из которых его сорбируют ионитом с отделением от Fe, Al, V, Cr и Si. Десорбцию проводят серной кислотой, выход 85%. [32] Предложено спекать отходы от получения монокристаллов метаниобата лития (LiNbO3) c Li2CO3 с образованием Li3NbO4. Последний растворяют в хлоридно-фторидных растворах, из которых Nb экстрагируют диметиламидами R-COOH в разбавителе (с незначительной потерей Li). LiCl конвертируют в Li2CO3 содой или электромембранным методом. [33] Потребление литиевых источников тока составляет до 500 млн штук в год. Нужны экологически безопасные и ресурсосберегающие технологии переработки систем "MnO2-Li", "CF(1+x)-Li", "CFx-MnO2-Li". [4] На нефтеперерабатывающих заводах собраны большие количества отработанных катализаторов, которые отрицательно влияют на окружающую среду. Предложено обработать их раствором карбоната натрия при 100-140оС для перевода Мо в раствор в виде молибдата, потом парамолибдата аммония. Остаток сплавляют при 1200оС при отношении Na2O/Al2O3 = 0,8; спек обрабатывают щелочно-содовым раствором при 100оС. Из раствора алюмината карбонизацией выделяют гидроксид Al и получают сульфат алюминия, применяемый при очистке вод. [35]
Предложены безопасные технологии химической переработки растительных полимеров как в волокнистые, так и в термопласты и растворимые полимеры (в этаноле, уксусной и хлоруксусной кислотах, бензальдегиде, уксусном альдегиде и пр.). Они пригодны как связующие в плитах, в виде реагента для буровых растворов, производства бумаги, фильтров и пр. Предложен экологический комплекс для сбора нефтепродуктов. Основой является сорбент из отходов сельского хозяйства, например, сорбент из гречневой шелухи применен для сбора нефти с поверхности вод и из сточных вод, он не тонет и легко собирается с поверхности, подлежит регенерации или служит топливом. [ 36]
Модификация измельченной резины гидроксилированием по Вагнеру предложена для повышения прочности кровельных композитов; присоединением пероксида трет-бутила и прививкой полиакриловой кислоты получен ионообменный сорбент. Модификация крошки в растворе NaNO2 и HCl повышает прочность вулканизатов с ее добавкой. Обработка крошки малеиновым ангидридом, озоном дает слабокислые ионообменные материалы с высокой сорбционной емкостью по ионам Ме и аминам, сорбент применим для очистки сточных вод. Ценные сорбенты с тиольными группами для Ме получены при щелочном гидролизе сульфидированной серой резины и при насыщении крошки резины H2S. [ 37] Предложена переработка люизита в чистые мышьяк и его соединения (тем более что в России нет рудных источников мышьяка). Этот мышьяк пригоден для производства полупроводниковых материалов А3В5 и изделий микроэлектронники и оптики. [ 38] Экологический катализ при сжигании топлив в режиме беспламенного окисления уничтожает токсины, очищает газовые выбросы от NOx, SO2 и фиксации азота. [ 39]
Очевидно, что количества накопленных отходов велики и они разнообразны по составам – здесь для изобретателей ещё много нерешённых технических проблем.
в) Очистка сточных вод (включено 90 примеров – 30% - такого вида решений, включая 10 по переработке осадков из таких вод). Например:
Давно применяют "очистку воды гидрооксидами" от вредных примесей, используя их сорбцию гидрооксидами Al(OH)3, Fe(OH)3. Их мельчайшие частицы хорошо сорбируют фосфат-ионы из раствора, а также фенол и многие катионы, гидроксиды которых малорастворимы. Но в то же время эти частицы сильно насыщены водой, их плотность незначительно превышает плотность воды. Из-за этого осадки плохо отстаиваются, легко взмучиваются, когда воду пытаются слить. Мелкие частицы плохо фильтруются - они быстро забивают поры фильтра. Имеет место противоречие: мелкие частицы, имея большую поверхность, хорошо ловят примеси из воды, но будучи мелкими, они плохо отделяются от воды. Для разрешения противоречия в [ 40] и др. предложено: множество мелких частиц гидрооксидов закрепить на крупной линейной молекуле полимера. В этом случае частицы сохраняют большую поверхность, необходимую для сорбции, а их группа, закрепленная на длинной молекуле полимера, является большой и легче отделяется при очистке воды. Предложены как синтетические катиониты (хорошие сорбенты для катионов алюминия, железа, н о дорогие, трудно доступные), так и природные, как-то целюллоза, активированные угли или (путём окисления, сульфирования) карбоксицелюллоза, сульфоуголь; лучше, когда полимер является отходом, как например, лигнин (отход производства целюллозы). Этот химический эффект (ХЭ) назвали “гидрооксид на полимере”.
Предложен синтез алюмосиликатов BaO-Al2O3-SiO2-ZrO2 методом СВС (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза) из осадков стоков, здесь Zr - имитатор трансурановых элементов (труэ). Более 98% Zr сосредоточены в кристаллах BaZrO3, которые пригодны для долговременной изоляции труэ [ 41]. Разработаны фосфатные матрицы для отходов НПО “Маяк”, но скорость растворения их 10 - 1 мкг/кв. см*сутки недостаточно мала. Предложены боросиликатные и базальтоподобные матрицы, у них скорость растворения в 10-100 раз меньше, но температура плавления высока 1300°С. Для разрешения этого противоречия предложена технология спекания с добавками, что снизило температуру плавки до 800°С. [ 42]
Предложен способ, основанный на фильтрации сточной воды через угольсодержащие сорбенты - угольные отходы электродного производства [ 27]. При очистке вод от красителей, с целью повышения степени очистки без увеличения расхода щелочного реагента, обработку сточных вод ведут в присутствии углеродного сорбента [43]. Предложен [ 44] порошок из сульфата алюминия и глин с добавкой перлита и клиноптилолита для повышения эффективности флотокоагулянта при очистке вод. Сорбцию ртути из сточных вод проводят золой углей [ 31]. Как видно из этих примеров, отходы одного производства могут помогать очистке от отходов другого процесса.
Хотя в первой группе (минимизации) уже имеются редкие примеры замены водных процессов на безводные, в результате которых сточные воды отсутствуют, но на самом деле в практике подавляющее большинство процессов промышленности исполь-зуют водные процессы и среды и нерешённых задач по очистке сточных вод ещё много.
г) Очистка сбросных газов (в БД включены около 50 примеров – 17% - технических решений по очистке с помощью катализаторов окисления, поглощения, конденсации). Более эффективны технические решения путём объединения физического и химического эффектов [ 45]: сорбция, растворение + окисление, осаждение; концентрирование тяжёлых молекул RBrn центрифугированием + сорбция; для очистки от CxHy (сорбция для концентрирования, затем каталитическое окисление кислородом), от NOx (сорбция + затем восстановление NH3 на катализаторе), от H2S (сорбция раствором + окисление O2 / или Fe3+ / или био-илом). Но преобладающее число техниче-ских решений основаны на механических (фильтрование) и электрофизических приёмах. В этой области число нерешённых проблём ещё очень велико.
д) Экологический мониторинг (отобраны 140 техрешений – 47% - по различным методам анализа на основе: сорбции (26 примеров), экстракции (20), газовой хроматографии (9), электрохимии (40), фотометрии (32), люминесценции (12), рентгенофлуоресценции (3), гибридные (6), биохимические (5 примеров) и имуннохимические (4)). При поиске по корню ключевого слова “экстрак”ция отобрано в БД ХЭ 20 примеров на тему экстракция: органических веществ (3), металлов (10), кислот (3), экстракция в трехфазной системе (3), включая мицеллярную экстракцию. Показана универсальная экстрагирующая способность мицеллярных фаз неионных ПАВ (поверхностно-активных веществ) по отношению к органическим реагентам и их комплексам с ионами металлов [ 46]. ПАВ применяют в методах разделения и концентрирования мицеллярной экстракцией, которая служит экологически безопасной альтернативой традиционной экстракции с токсичными растворителями.
Примером безопасной экстракции являются системы вода – полиэтилен-гликоль – неорганический высаливатель. Широкий ассортимент промышленных ПАВ, их низкие токсичность и стоимость делает перспективным изучение фазовых и экстракционных равновесий в этих трехкомпонентных системах, образованных ПАВ, неорганической солью и водой. [ 46] Жидкофазные гетерогенные смеси образуются в водной среде при изученных сочетаниях компонентов. Концентрационные границы области расслаивания зависят от растворимости соли: чем выше растворимость, тем ниже концентрация воды в расслаивающихся смесях. Проверено влияние рН на изменение высаливающего действия солей, распределение некоторых ионов металлов и водорастворимых фотометрических реагентов в системах: вода - синтанол - KSCN, вода - ТЭСА - NH4Cl, вода - синтамид-5 - NH4Cl, вода - оксифос-Б - (NH4)2SO4. Большой выбор электролитов-высаливателей, возможность работы, как в кислых, так и в щелочных растворах позволяют использовать двухфазные водные системы ПАВ - неорганическая соль - вода в качестве достаточно гибких и универсальных экстракционных систем, пригодных для решения различных задач по разделению элементов.
Предложено определение амино - и галогенбензойных кислот в экстрактах тройными смесями: изопропилового спирта, ацетона и этилацетата при рН=2 с высаливателем 20% сульфатом лития. [ 47]. Монодентатные экстрагенты СН3Р(О)(ОR)2 для актинидов из азотнокислых растворов превосходят по активности известный ТБФ ((С4Н9О)3РО). При смешении их с кислыми эфирами СН3Р(О)(OR)OH экстракция Am(3+) усиливается за счет синергетического эффекта. Для бидентатных экстрагентов (из метилдихлорфосфоната или фенилдихлорфосфина), различия в коэффициентах распределения разных актинидов позволяют выделять отдельные элементы высокой чистоты за одну экстракцию. На основе последних предложены комплексообразующие сорбенты для выделения актинидов из высокоактивных растворов. [ 48] Для выделения лантаноидов использованы смеси алкилфосфорных кислот с аминами, обнаружен эффект синергизма при экстракции 0,1 М смесью Д2ЭГФК : АНП-2 = 4:1. Коэффициенты разделения пар составили 5,6 и 40. [ 49] Лантан извлекается из сульфатных растворов хуже, чем иттрий и без проявления синергизма. Коэффициенты разделения пар “Ce/La”, “Y/La” при рН=1,8-2,0 и концентрации сульфат-иона 1,2 М составили: для Д2ЭГФК 3,23 и 3,78; для смеси 5,59 и 39,67.
При рассмотрении электрохимических методов отмечена миниатюризация ячеек как тенденция уменьшения объёмов анализируемых растворов (от 1 мл до 0,01-0,001 мл) при сохранении точности анализа и повышении его селективности, уменьшении затрат на такие ячейки с электродами из благородных металлов [ 50].
Проблемы и задачи экологического мониторинга с увеличением, усложнением требований к качеству окружающей среды (уменьшением величин ПДК) становятся всё более сложными и требуют их упрощения, снижения предела обнаружения. Количество таких задач со временем возрастает и много научных коллективов пытается улучшить и усовершенствовать методы анализов объектов окружающей среды. [51, 4 сборника]
ВЫВОД
Предложена классификация технических решений и патентов в области охраны окружающей среды (экологии) на 5 групп:
минимизация отходов (10%),
применения отходов как сырья (4%),
очистка сточных (сбросных) вод (30%),
очистка сбросных газов (17%),
экологический анализ и мониторинг (47%). Последнюю группу принято подразделять также по видам методов анализа (более 10 видов).
Список литературы.
1. База данных по использованию химических эффектов (БД ХЭ): www.dace.ru
(добавлены ниже: поисковые коды ХЭ от с01 - с93; коды МКИ/ МПК от С01 до С30;
См. сб. Эвристика-3 /сост. В. Михайлов, Чебоксары, Изд. ЧувГУ, 2007, с. 86 - 114.)
2. Никольский чистые комплексоны. // Тезисы докл. 17 Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т. 2, с.136. (коды ХЭ: c07cx, c17s, МКИ: C07B (Уровень ТР=3-4) “комплексы, синтез”).
3. Иоффе синтеза олигооксипропилентиолов. // Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т.3, с.109; ( код: c17s, МКИ C08G, “синтез, без раствора”).
4. Саламатов помогает решать трудные задачи //сб. Нить в лабиринте, Петрозаводск, Карелия, 1988, с. 153 (коды: c36ms, c69hb, c82mw (Ур. ТР=2-3 , МКИ C07C) мономолекулярный слой вещества; поверхностная энергия; поле волн).
5. Уменьшение шума на предприятиях. //Изобретатель и рационализатор (ИР), 1997, N1, с.14; (коды: c25pm, c82mw (Ур. ТР=1-2, МКИ C08F ), принципы матрешки и применения тонких пленок;; экологический процесс).
6. Осаждение пыли в карьере. //ИР-1997, N2, с.4; (коды: c58ex, c82mw (Ур. ТР=2-3 , МКИ C01B, C06B), взрыв, дробление воды; улучшение экологии).
7. Подземная добыча серы. А. с. 325353 СССР (коды: c30ve, c82mw (Ур. ТР=3 , МКИ C01B, C02C), прием РТП 28 - замена механической схемы; экологический процесс).
8. Способ сжигания токсичных отходов. //сб. Решения творческих экологических задач (РТЭЗ), Чебоксары, Изд. ЧувГУ, 1999, с.119; (коды: c01o, c01oz, c30ve, c82mw (Ур. ТР=2-3 , МКИ C02C), прием РТП 35 - изменение агрегатного состояния, окисление, озон; экологический процесс)
9. Куда девать сбросные газы ТЭЦ. // ИР-1992. 8. С.29. (коды: c35gh, c13sl, c82mw (Ур. ТР=2-3 , МКИ C01B), газогидраты; углекислый газ; экологический процесс.)
10. Моисеев докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т. 1, с.30. (коды: c04rd, c57kt, c82mw, МПК C01B, C01G (Ур. ТР=1-2), восстановление, катализаторы; экологический процесс.)
11. Перевозка сжиженного газа. // сб. СИ-18.12-73, ФРГ, (коды: c03no, c30ve, c82mw (Ур. ТР=2 , C07C) прием дробления, инертность; экологический процесс.)
12. Защита для рук // газ. "Социалистическая индустрия" от 19.12. 1971. (коды: c38cm, c25pm, c82mw (Ур. ТР=2, C08C), объединение, полимер; экологический процесс.)
13. Альтшуллер изобретения, М.: Моск. рабочий, 1969; с. 138. (коды: c13sl, c30ve, c71ap, c82mw, C01B, приём 35 - изменение физ-химических параметров.)
14. Лебедев докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.241. (коды: c01oO, c30ve, c57kt, c85gw, C10L, экологический процесс, окисление, катализ.)
15. Шубаков докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.470; //Химия растит. сырья. 2002, т.2, с.29. (коды: c01os, c25pm, c82mw, C01B, C08H, экологический процесс.)
16. Юсупов ТС, Тезисы докл. 17 Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.476. (коды: c08s, c13sl, c72mc, c82mw, C05B, C01B, C01F, экологический процесс.)
17. Яруллин докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.478, 479. (коды: c25pm, c38cm, c82mw, C01B, C08L, вредные шины, экологический процесс.)
18. Kirchhoff, Mary. Green Chemistry /Тезисы докл. 17 Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.4, с.159. (коды: c45be, c82mw, C07B.) 19. Фаляхов докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.428, пат. РФ 2080320 (1997). (коды: c58es, c66ez, C82mw, C06C, C07C, экологический процесс.)
20. Хацринов докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.439. (коды: c13sl, c58es, c82mw, C06B.)
21. Мазгаров докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.4, с.331. (коды: c01oO, c13sl, c57kt, c82mw, C07B, C07C, C01B, экологический процесс.)
22. и др. Ил отходов производства белков. / Гнить или не гнить, ИР-1998, N 12, с.7; А. с. СССР 1008425; ИР-1998, 1, МИ 0127. (Коды: c30ve, c39rp, c83wm (Ур. ТР =2-3 , C01B, C07C), прием применения вреда в пользу; экологический процесс).
23. Аксенов синтез композита вяжущего из отходов // Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т.3, с.32; БИ-2003, 2, пат. РФ 2196749; (коды: c17s, C03B “синтез, механохимическая активация”).
24. Желдербаев ПАВ методом электрохимической деструкции. // Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т.3, с.143; (коды: c06ob, c05el, c12ff, C07B).
25. Мансуров сорбентов из растительных отходов. // Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикл. химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.263-265; (коды: c19tl, c01oO, c17s, c83wm, c92mm, C01B, термораспад, окисление, сорбция, пленки, экологический процесс).
26. Сабитов из отходов производства. //Тез. докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикл. химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.367. (коды: c06ob, c57ir, c83wm, c87ks, МПК C02C, C07C.
27. Способ очистки сточных вод. А. с. 1542909 СССР, // РТЭЗ-1999, ЧувГУ, с.16; ( коды: c08s, c83wm, c84ww (Ур. ТР=1 , МКИ: C01B, C02B) сорбция углем.)
28. Артамонова из сточных вод. // Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т. 1, с. 94. ( коды: c84ww, c83wm, c45be, c13sl, МПК C01G, C02C, растворение, биохимические явления.)
29. Мешалкин очистка сточных вод от металлов. // Наукоемкие технологиии. 2002, 3, с. 57 - 60. (коды: c06ob, c08s, c83wm, c84ww, C02C, C01G).
30. Бочевская из отхода переработки медных руд //Тез. докл. 17 Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т.3, с.74, (коды; c07cm, c13sl, c76sv, c83mw, МКИ: C01C, C01G; комплекс, растворимость.)
31. Гинзбург ртути из сточных вод золой углей // Тезисы докл. 17 Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т.3, с.95. (коды: c08s, c13sl, c83wm, c84ww, C02C, сорбция, осаждение.)
32. Джумабекова галлия из пыли титанового производства //Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т.3, с.119; (коды: c13sl, c08s, c83wm, МКИ: C01F, C01G, растворение, сорбция.)
33. Маслобоев отходов метатанталата(ниобата) лития //Тез. докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.268. (коды: c05el, c06ob, c13sl, c81e, c83wm, c92mm, C01D, C07C, конверсия, растворы.)
34. Митькин литиевых источников тока //Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.291; (коды: c64ei, c83wm, МПК: C01D, C01G.)
35. Лайнер отработанных Мо - катализаторов //Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.4, с.421; (коды: c06ob, c13sl, c75hr, c76sv, c83wm, c84ww, МПК: C01G, C02C, C10B.)
36. Гафаров для сбора нефтепродуктов из гидросферы //Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.4, с.442. / (коды: c08s, c83wm, c84ww, МКИ: C02C, отход в дело.)
37. Тужиков модификация измельченной резины. //Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.419. / (коды: c17s, c010s, c08si, c01oz, c83wm, МПК: C08C, C08K, отход в дело.)
38. Федоров химоружия как сырье для высокочистых веществ // Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.429. (коды: c17s, c01os, c83wm, МПК C01B, C30.)
39. Третьяков катализ: достижения и перспективы //Тез. докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.4, с.469. / (коды: c57kt, c82mw, c83wm, c85gw, c30ve, c01oO, МПК: C01C, C07B.)
40. Очистка воды гидроксидами/ сульфидами. / А. с. СССР 412150, 412151, 247867, 498261, пат. ФРГ 1045596; (коды: c11hp, c08s, c30ve, c06ob, c25pm, c84ww, (Уровень ТР=3, коды МКИ C08F, C01G, C02C), "гидроксиды Fe, Al(3+); полимеры-сорбенты (содержащие карбоксильные, сульфо-группы); гидроксиды на полимере.)
41. СВС как метод иммобилизации трансурановых элементов. // Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т.3, с.26; (коды: c17s, c84ww, C01G, C03B “синтез керамики; экологический процесс).
42. Минаев для иммобилизации радиоактивных отходов. //Тез. докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, 2003, т.3, с.276; (коды: c08s, c38cm, c75hr, c84ww, МКИ: C03B, C02C, спекание).
43. Способ очистки сточных вод. / Ас.1535836 СССР, //РТЭЗ-1999, ЧувГУ, с.16; (коды: c06ob, c08s, c84ww (Ур. ТР=1 , C01B, C02C, C02F), обмен, сорбция углем; эколог.)
44. Астрелин флоко-коагулянт-сорбент. //Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т.3, с.43; (коды: c08s, c30ve, c84ww, C02B, C02C, сорбция, объединение эффектов).
45. , , Гришанов эффекты для инженеров. //сб. НПК ТРИЗ-фест 2009, Санкт-Петербург, МА ТРИЗ, СПбГПУ, 2009, с.101-110. (по коду: c32ve - объединение эффектов в патентах RU 93039134, 93039135, 96103684, 1635361, 2241527).
46. , , Леснов Вода–ПАВ–Высаливатель и их использование в экстракции. // 18 Менделеевский съезд, М., РАН, 2007, т.4. с.171.
47. Коренман бензойных кислот. / Тез. докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т. 1, с.441; (коды: c13sl, c21sz, C07C, G01N, “растворы, экстракция, синергизм”).
48. Мясоедов и сорбция актинидов из растворов. / Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т. 2, с.94; (коды: c13sl, c08si, c17s, МКИ/МПК C01F, (Ур. ТР=2-3) “растворы, сорбция, синтез”).
49. Мурсалимова редкоземельных элементов. / Тезисы докл. 17 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. Казань, КНЦ РАН, т. 2, с.104; (коды поиска ХЭ: c13sl, c21sz, МКИ: C01F, G01N, (Ур. ТР=1-2) “растворы, синергизм”).
50. и др. Модифицированные электроды с каталитическими свойствами в органической вольтамперометрии. / Тезисы докл. 18 Менделеев. съезда по общей и прикладной химии. М.: РАН, 2007, т.4, с.47, 132, 142, 181, 214, 247, 248, 249. (коды: с05el, c57kt, МПК: C07B, G01N 27 - 33).
51. Сборники Экоаналитика-96, -98, -2000, -2009 //изданы в Краснодаре, КубанГУ-1996, 334 с.; -1998, 475 с. и в 2000 гг, 386 с.; в Йошкар-Ола, Марийском ГУ-2009, 247 с.
==========
Иллюстрации:
1) В к/ф Алгоритм изобретения - (М., ЦНФ, 1974) рассмотрена задача: Для очистки от пыли горячих сбросных газов хорошо работает фильтр из металлической ткани, но после работы такой фильтр трудно очистить от забившей его пыли? Для разрешения этого ТП требуется, чтобы при очистке газа от пыли отверстия в фильтре были маленькими, а чтобы легко очищать фильтр от пыли отверстия стали большими. Идеальный конечный результат: сам собой фильтр в момент его очистки быстро освобождает частицы пыли. В качестве приёмов РТП для такой задачи выбраны: 1) принцип дробления - нити ткани фильтра заменены стальными гранулами; 2) пр. 5 принцип объединения – гранулы на время прочно удерживаются в виде «нитей»; 3) пр.28 замена механической схемы - гранулы удерживать магнитным полем. При таком фильтре при включённом электро-МП он очищает газ от пыли. Для очистки фильтра от пыли электро-МП надо выключить - тогда пыль и магнитные гранулы упадут в сборник, затем МП включают и по магнитным линиям поля снова выстраиваются нити фильтра. Это 1-е а. с. Время такого выключения и очистки значительно меньше продолжи-тельности замены элемента из фильтро-ткани, но всё-таки фильтр на несколько минут надо выключать, что недопустимо, т. к. основной процесс нельзя прерывать. 4) на основе пр.13 принципа наоборот предложено магнит поместить в середине потока газа, тогда используется МП наибольшей плотности потока в середине газового потока, что способствует лучшей очистке газа и меньшему расходу электротока для работы электромагнита. 5) по пр.15 динамичности можно МП в центре потока сделать бегающим по кругу, тогда на немагнитные частицы пыли действует ЦБП, которое постепенно выводит пыль к стенкам потока, где ставят сборники для пыли. По 2-му а. с. авторам удалось получить фильтр, работающий непрерывно. Но без знания ТРИЗ между 1- и 2-м а. с. прошло 5 лет.
2) Среди нами отобранных патентов газоочистки мы выделили такие из них, в которых малая концентрация вредной примеси сначала поглощается на сорбенте, после достижения концентрирования сорбент переводится в режим очистки от этой примеси - вредная примесь в повышенной концентрации далее хорошо обезвреживается каталити-ческим окислением О2 в следующем слое; если произойдёт проскок этой примеси в следующих двух дополнительных слоях сорбента и катализатора производят доочистку сбросного газа (от паров углеводородов, или сероводорода, или окислов азота). В этих патентах применён пр. 5 принцип объединения разных физико-химических процессов и явлений, а в результате дублирования очистки удаётся достичь очистки до степени ниже ПДК для примесей. А специалисты ТРИЗ в Волгограде объединили концентрирование тяжёлых молекул ЦБП в изменённом скруббере Вентури, в который добавили сорбент.
