Материал: Химия, физика и механика материалов. Рудаков О.Б., Перцев В.Т

PRODUCE NANOSTRUCTURED AQUEOUS SYSTEMS

ENRICHED SILICON

O.V. Sibirskikh, V.G. Gadiyatov*, R.G. Cherepakhinа

Voronezh State Technical University,

Russian Federation, 394006, Voronezh, ul. 20th anniversary of October, 84

*Corresponding author: Vitaliy Gadiyatov, E-mail: gadiatovvg@mail.ru

The work is devoted to the saturation of water with natural silicon. The processes of obtaining nanostructured water on the basis of the hydro-shock-cavitation method are considered. Production of nanostructured water systems, enriched with silicon, for use in therapeutic and proffelactic purposes in everyday life, as well as industrial applications, in agricultural enterprises as irrigation systems, in livestock complex in nipple watering systems and building solutions to improve the strength characteristics of concrete. Analysis of the use of synthetic silicon stamps «ecosil-melur – 3». Application of natural black silicon from the Cretaceous deposits of the Turonian tier of the upper Cretaceous. On the basis of studies of the chemical composition and various fractions of natural silicon, a device with a replaceable unit was developed. As a result, the resulting device can reduce the process time of obtaining an aqueous system enriched with silicon.

Keywords:structured water, activated water with silicon, saturation process, reduction of activation time, device for obtaining activated water with silicon

Введение. Ранее было установлено, что структура воды при механическом воздействии может изменяться на наноуровне и переходить в метастабильное состояние. Структурированная вода оказывает положительное воздействие на живые организмы и другие системы. Идеей для получения такой воды послужили естественные природные процессы, происходящие в водных системах (горные реки с быстрым течением, водопады и др.). Для получения структурированной воды в лабораторных условиях применяют гидро- ударно-кавитационный метод [1]

50

Химия, физика и механика материалов № 3 (22), 2019

В основе лечебного эффекта наноструктурированной воды лежит от-

крытие аквапоринов в мембранах клеток [2]. Аквапорины – интегральные мембранные протеины, формирующие поры в клетках. Через них с большой скоростью могут проходить только одиночные молекулы воды.

Содержание концепции упрощенно можно обрисовать так. Вода за счет водородных связей образуют ассоциаты, состоящие из десятка и сотен молекул. Попадая в организм, вода подвергается воздействию ферментов (предположительно), которые разрывают водородные связи в ассоциатах. Образующие одиночные молекулы легко проходят через аквапорины, обеспечивая нормальную работу клеток. В межклеточном пространстве увеличивается количество связанных молекул, которые не могут проникнуть в аквапорины. Начинается обезвоживание клеток, органов и всего организма в целом. С возрастом количество воды в клетках человека снижается на 15-20%,

происходит ускоренное старение организма [3]. По сообщению Л.С. Залманова: «Это прогрессирующее «высушивание» составляет анатомо-

физиологическую основу старения. Человек становится все более сухим» обезвоженным. Это пора ревматических болезней, невритов, грудной жабы, атеросклероза, гипертонии. Всякая хроническая болезнь – это преждевременное старение» [4].

Получения наноструктурированной водной системы, обогащенной кремнием, является результатом выполненного нами исследования.

Получение наноструктурированный кремниевой воды

Усилить эффект наноструктурированный воды можно, насытив воду кремнием. Кремний относится к биогенным микроэлементам, принимающим участие в жизнедеятельности клеток и органов человеческого организма. Ещѐ в двадцатых годах прошлого столетия академик В.И. Вернадский говорил: «Никакой организм не может существовать без кремния».

В качестве источника кремния применяют высокочистый диоксид

51

кремния торговой марки «Экосил-мелур – 3», синтетический тонкодисперс-

ный аморфный диоксид кремния и природный кремень.

Диоксид кремния «Экосил-мелур – 3», представляет собой белый порошок с размером частиц 0,125-0,315 мм, с насыпным удельным весом 1,20 г/см3, истинным удельным весом 1,87 г/см3, массовая доля SiO2 состав-

ляет 99,7%. Синтетический тонкодисперсный аморфный диоксид кремния имеет насыпной удельный вес 0,364 г/см3, истинный удельный вес составляет 1,75 г/см3, степень чистоты - 99,1%. Аморфный диоксид кремния синтези-

рован гидролизом тетраэтоксисилана [5].

Природный кремень – горная порода, состоящая из кристаллического и аморфного кремнезѐма – халцедона, кварца, опала. В качестве примесей в кремнях присутствуют минералы вмещающих пород, органические остатки морских организмов: спикулы морских губок, скелеты одноклеточных организмов, обломки двухстворчатых раковин.Основное место в составе кремня занимает халцедон, в основе которого микрокристаллический кварц с размером зѐрен около одной десятой микрона. В волокнах халцедона находятся микропоры или трубчатые каналы, вытянутые вдоль волокон [6]. Благодаря этому минерал обладает высокой пористостью и более низкой, по сравнению с кварцем (2,65 г/см3), плотностью. Образуется кремень при просачивании

подщелоченной морской воды через известняки. В результате этого на дне водоема откладываются кремнистые конкреции (или, как их нередко называют, желваки) различной формы и размеров. Свойства природного кремня, обусловленные условиями образования, в последние годы привлекли внимание исследователей – его стали применять для насыщения воды кремнием.

Насыщение воды кремнием

Насыщение воды синтетическим кремнием происходит путем смешивания порошка диоксида кремния с водой в течение 10-12 часов при комнат-

ной температуре, за которым следует фильтрация полученного раствора для удаления нерастворимых остатков. Природный кремень насыщает собой во-

52

Химия, физика и механика материалов № 3 (22), 2019

ду при ее настаивании. Для приготовления кремниевой воды, активирован-

ной на природном кремне, берут кремень, заливают водой, выдерживают при комнатной температуре и дневном свете в течение 2-3 дней.Для этого на 3-5 литровую банку воды, достаточно несколько мелких кусков породы или 2-5 г и более на 1 литр воды. Скорость и степень насыщения воды зависит от

размера кремня.

Для получения активированной кремниевой воды (АКВ) нами использовался природный черный кремень из меловых отложений туронского яруса верхнего мела [7] со следующим химическим составом (массовые доли

в%): SiO2 – 91.59-99.3; Al2O3 – 0.43-0.9; Fe2O3 – 0.03-0.29; CaO – 0.19-5.14; BaO – 0.003-0.04. В чѐрных кремнях содержание кремнезѐма (99,2 – 99,3 массовые доли, %), Al2O3 (0.43 – 0.52) и Fe2O3 (0.08 – 0.1) соответствуют со-

держанием аналогичных компонентов в кремнях из разных районов мира. По данным рентгеноструктурного анализа чѐрные кремни характеризуются практически кварцевым составом с незначительным количеством опала.

Исследуемый чѐрный кремень был измельчѐн на щековой дробилке и с помощью стандартного набора сит разделѐн на 5 классов крупности (мм): >5; 2,5-5; 1,25-2,5; 0,63-1,25; <0.63. Все пять классов крупности помещались

всоответствующий, сменный блок. Наливаемая вода, проходя через фильтрующий элемент естественным путѐм, насыщалась кремнием и накапливалась в нижней ѐмкости. По данным лабораторных исследований, проведенных в химической лаборатории Воронежского государственного технического университета, установлено, что для быстрого насыщения питьевой воды кремнием лучше всего подходит кремень размером до 5 мм. Максимальное насыщение достигается при использовании самой мелкой фракции кремня размерностью < 0,63 мм [8].

На основе выполненных исследований нами разработан прибор для получения АКВ. Принцип его работы основан на пропускании воды через блок, заполненный природным кремнем разного размера, сорбентом и активным веществом.

53

Прибор состоит из емкости, разделѐнной на две части. В центре закре-

плен сменный блок с природным кремнем (рисунок). Верхняя часть прибора служит для наполнения чистой водой, нижняя – является приѐмником воды, прошедшей через блок с наполнителем.

Схема для получения АКБ

Для получения питьевой АКВ в сменный блок добавляется сорбент и природное минеральное вещество, улучшающие ее качество. В воду, используемую для технических целей, добавки не вводятся. Скорость насыщения воды кремнием определяется скоростью прохождения воды через сменный блок. Обычно составляет не более 1 часа. Главное достоинство данной установки заключается в простоте изготовления и получении недорогой водной системы, обогащенной кремнием.

Заключение. Экологически чистый природный кремень, входящий в состав разработанной установки, востребован для профилактики различных заболеваний и в лечебных целях. АКВ укрепляет кости, улучшает состояние зубов, препятствуя выпадению пломб, снижает чувствительность к холодной и горячей пище. Улучшает состояние кожного покрова и волос, применятся

54