Токсични ли са въглеродните нанотръби? Какви защитни мерки трябва да се вземат по време на работа?

1. Неизбежен „критичен въпрос“

Зад многобройните предимства на CNTs, един въпрос остава без отговор: наистина ли са безопасни?

От откриването на CNT през 1991 г. дебатите за тяхната токсичност никога не са спирали. От една страна, тяхната иглоподобна-влакнеста форма е поразително подобна на азбеста; от друга, те са сред най-обещаващите носители на лекарства в наномедицината. Дали CNT са „следващият азбест“ или са управляем индустриален материал?

Днес, без увъртане или преувеличение и въз основа на авторитетни изследвания и международни стандарти, тази статия разглежда ясно този чувствителен въпрос.

2. Ядрото на дебата за токсичността: Защо са като азбеста?

2.1 Притеснения, произтичащи от морфологичното сходство

Патогенността на азбеста се дължи главно на неговата дълга, тънка, твърда влакнеста форма. Тази морфология затруднява изчистването на макрофагите в белите дробове, което води до хронично възпаление от дългосрочно-задържане, което в крайна сметка води до азбестоза, рак на белия дроб и мезотелиом.

CNT случайно споделят сходни характеристики: високо аспектно съотношение, структура, подобна на игла-, и висока биоустойчивост. През 2008 г. проучване, публикувано вПриродни нанотехнологиипърво потвърдиха, че CNTs със специфични дължини, инжектирани в коремните кухини на мишки, наистина причиняват грануломи и възпалителни реакции, подобни на тези, причинени от азбест.

Това откритие предизвика глобален сигнал за безопасност и стана отправна точка на дебата дали CNT са безопасни.

2.2 Токсичността не е „налична или отсъстваща“, а резултат от множество фактори

Академичните изследвания разкриват по-сложна истина: токсичността на CNTs се влияе от множество фактори и не може да бъде обобщена.

(1) Дължината на тръбата е ключова променлива
Аспектното съотношение е основен параметър, определящ токсичността. Проучванията показват, че CNTs с дължина 825 nm причиняват значително по-силно възпаление на белите дробове, отколкото по-късите тръби от 220 nm. Причината е ясна: по-дългите тръби са по-трудни за пълното поглъщане на макрофагите, което води до „разочарована фагоцитоза“-макрофагите не могат да ги изчистят, а вместо това освобождават значителни количества възпалителни фактори, причинявайки трайно увреждане.

(2) Металните примеси са „невидими убийци“
Металните катализатори (желязо, кобалт, никел и др.), използвани по време на синтеза на CNT, ако не са напълно пречистени, могат да оставят остатъчни метални частици, които катализират производството на реактивни кислородни видове (ROS), предизвиквайки оксидативен стрес и увреждане на клетките. Ето защо токсичността на CNT с висока-чистота е значително по-ниска от тази на продуктите с по-ниска{3}}чистота.

(3) Повърхностните функционални групи могат да променят токсичността
Повърхностната химическа модификация може значително да промени биосъвместимостта на CNT. Функционализация като карбоксилиране (-COOH) или хидроксилиране (-OH) може да подобри диспергируемостта на CNTs във вода и да намали техния афинитет към клетъчните мембрани, като по този начин отслабва цитотоксичността.

(4) SWCNTs срещу MWCNTs: Кое е по-опасно?
Проучванията показват, че при една и съща доза токсичността на едно-стенните CNT (SWCNT) обикновено е по-висока от тази на много-стенните CNT (MWCNT). Това може да се дължи на факта, че SWCNT имат по-малки диаметри и по-големи специфични повърхностни площи, което ги прави по-вероятно да проникнат през клетъчните мембрани.

2.3 Механизми на токсичност

Според рецензии, клетъчната токсичност на CNT се постига основно чрез следните механизми:

Ключов извод:Тези токсични ефекти са сравнително добре-дефинирани при условия на висока доза и дългосрочна-експозиция, но техният риск при сценарии на ниска-доза, краткосрочна-експозиция остава обсъждан.

3. Ръководство за защита при работа: Професионалното излагане е основният риск

За обикновените потребители използването на готови продукти, съдържащи CNT (като литиеви батерии и композитни продукти), е безопасно-CNT са неподвижни в матрицата и не се отделят и освобождават. Истинското безпокойство е рискът от професионална експозиция: работници, участващи в производството, претеглянето, разпръскването, почистването и други задачи.

3.1 Какво казват международните стандарти?

Правилото за значителна нова употреба (SNUR) на EPA на САЩ за много{0}}стенни CNT ясно изисква:

Инженерен контрол като приоритет:Използвайте физическа изолация, локална смукателна вентилация, затворени системи и други мерки за предотвратяване на експозицията, доколкото е възможно.

Защита на дихателните пътища:Когато техническият контрол е недостатъчен за елиминиране на риска от експозиция, трябва да се използват респиратори, сертифицирани от NIOSH с определен фактор на защита (APF) 50 или по-висок, включително:

Пълно{0}}лицеви филтриращи респиратори N100/P100/R100

Респиратори за{0}}пречистване на въздух (PAPR) с HEPA филтри

Особено се отбелязва, че конвенционалните маски N95 имат недостатъчна ефективност на филтриране за наночастици; Трябва да се използва филтърна среда на ниво P100 или N100.

3.2 Фабрична практика: Седем препоръки за-спасяване на животи

Въз основа на заключенията на академичните изследвания и индустриалната практика, трябва да се следват следните принципи при работа с CNT:

Първо, операциите със сух прах трябва да се извършват в затворени системи или абсорбатори.
Претеглянето и прехвърлянето на CNT сух прах най-лесно генерира прах. Операциите трябва да се извършват в абсорбатори с отрицателно{1}}налягане или трябва да се използват жабки и затворени захранващи системи. Изхвърлянето или пресяването на CNT сух прах на открито е строго забранено.

Второ, предпочитайте предварително-диспергирани пасти, за да премахнете праха при източника.
Това е най-ефективната защитна мярка. CNT в предварително-диспергираните пасти са капсулирани от течност, не генерират прах и значително намаляват риска от излагане. Много инциденти се случват точно по време на етапа, при който клиентите сами разпръскват CNT прах.

Трето, носете подходящи лични предпазни средства.

Четвърто, използвайте мокро почистване; сухо метене или издухване със сгъстен въздух е строго забранено.
Използвайте мокри кърпи за избърсване или промишлени прахосмукачки (оборудвани с HEPA филтри) за почистване, за да предотвратите повторното разнасяне на утаения прах във въздуха.

Пето, редовно наблюдавайте качеството на въздуха на работното място.
Използвайте преносими аерозолни монитори, за да се уверите, че концентрацията на CNT във въздуха е под границата на професионална експозиция (понастоящем препоръчителната граница на експозиция на US NIOSH е 1 ug/m³).

Шесто, установете програма за наблюдение на здравето при работа.
За служители с дългосрочно-излагане на CNT редовно извършвайте тестове за белодробна функция и оценки на изображения на гръдния кош.

Седмо, правилно изхвърляйте отпадъците.
Отпадъците от CNT трябва да се третират като опасни отпадъци и да не се изпускат директно в околната среда.

4. Развитие на нормативната уредба: CNTs включени в управлението на химикали

През последните години големите световни икономики включиха CNT в системите за управление на химикали.

Това означава, че производителите на CNT трябва да създадат по-всеобхватни системи за управление на EHS (околна среда, здраве, безопасност).

5. Предимства на Shandong Tanfeng Manufacturer: Позволява клиентите да използват „без-прах“

Като производител на CNT, ние сме дълбоко наясно, че безопасността е в основата на индустриализацията. Ние сме отговорни не само за нашите вътрешни служители, но и за безопасното използване на нашите продукти от клиенти надолу по веригата.

Първо, стриктно контролирайте металните примеси при източника.
Остатъчните метални катализатори допринасят значително за токсичността на CNT. Чрез оптимизирани процеси на пречистване ние контролираме остатъчните метали като Fe, Co и Ni до нивото на ppm, което значително намалява потенциалната биотоксичност на нашите продукти.

Второ, осигурете предварително-диспергирани проводими пастообразни продукти.
Това е нашият най-голям принос за безопасността на клиентите. CNT в предварително-диспергираните пасти са капсулирани с течност (NMP или вода), като не генерират прах по време на употреба, така че клиентите не са изправени пред рисковете, свързани с боравене със сух прах. В момента над 70% от нашите пратки са под формата на паста.

Трето, създайте цялостна{0}}система за управление на EHS за целия процес.
В нашите производствени цехове ние стриктно прилагаме затворени, автоматизирани контроли и сме оборудвани със системи за събиране на прах и устройства за третиране на отпадъчни газове. Ние осигуряваме редовни прегледи по трудово здраве и обучение за безопасност за нашите служители, за да гарантираме съвместими операции.

Четвърто, предоставете информационни листове за безопасност (SDS) и насоки за употреба.
Всяка партида продукт се предлага с пълен SDS, ясно уточняващ изискванията за защита и спешните мерки. Когато клиентите срещнат-оперативни въпроси, свързани с безопасността, ние предоставяме технически насоки.

6. Рационален поглед: Рисковете са контролируеми, няма нужда от паника

Връщайки се към първоначалния въпрос: всъщност токсични ли са CNT?

Отговорът е:Съществуват потенциални рискове при определени условия, но рисковете са контролируеми.

CNT не са "следващият азбест". Вредата от азбеста се крие във факта, че неговата биоустойчивост не може да бъде променена, докато токсичността на CNT може да бъде намалена чрез мерки като контролиране на дължината на тръбата, пречистване на примеси и модификация на повърхността. Основният консенсус в научната общност е, че рисковете за безопасността на CNT са инженерен проблем, а не основна пречка.

В бъдеще, с напредъка в технологиите за зелен синтез, функционалната модификация и по-строгите регулаторни мерки, безопасността на CNT ще продължи да се подобрява. Този „супер материал“ в крайна сметка ще реализира истинския си потенциал за приложение при безопасни и контролируеми условия.

Ако имате още въпроси относно безопасното боравене с CNTs или се нуждаете от продукти с предварително-диспергирана паста, за да избегнете рискове от прах, моля, свържете се с нас. Като отговорен производител на CNT, ние сме готови да работим с вас, за да използвате безопасно този „супер материал“.