Синтез и исследование свойств нанотермитных систем с биоцидными добавками
Исследовалась эффективность инактивации Lactobacillus casei с помощью нанотермитов на основе nAl + CuO/Fe₂O₃/MoO₃ в сочетании с биоцидными добавками, такими как кристаллический йод (I₂), йодоформ (CHI₃) и оксид цинка (ZnO). Показано, что продукты реакции (> 98%) осели в течение 660 с на стенках и дне камеры, оставив во взвешенном состоянии лишь 1-2% аэрозольных частиц размером 3-4 мкм. Среди окислителей CuO продемонстрировал наиболее устойчивое горение, создав плотное облако аэрозоля и достигнув индекса бактерицидной активности 33% при расстоянии от эпицентра взрыва 125 мм, по сравнению с ~ 9% для Fe₂O₃ и ~ 3% для MoO₃. При введении 20 мас. % I₂ образование продуктов реакции привело к высокой эффективности инактивации, при этом индекс бактерицидной активности составил 72% при расстоянии 125 мм от эпицентра взрыва. Однако увеличение содержания I₂ до 40 мас. % снизило индекс бактерицидной активности до 50%. Аналогично 20 мас. % CHI₃ усиливали инактивацию за счет образования белково-комплексных видов йода, достигая максимального значения 73% при 125 мм от эпицентра взрыва; более высокая концентрация CHI₃ снижает эффективность за счет снижения температуры реакции и создания биоцидных продуктов реакции. Изменение концентрации ZnO не оказало заметного влияния на инактивацию, что свидетельствует о пороговом эффекте в генерации биоцидных соединений цинка. Для всех добавок эффективность инактивации снижалась на больших расстояниях (например, от 125 до 445 мм) из-за быстрого рассеивания облака продуктов реакции. Результаты экспериментальных исследований подчеркивают важность баланса между концентрацией биоцидных добавок и эффективностью сгорания. Оптимальные составы, включающие 20 мас. % I₂, CHI₃ или ZnO в нанотермиты nAl + CuO, сохраняют надежные энергетические характеристики и создают биоцидные продукты реакции, способные значительно снизить жизнеспособность Lactobacillus casei. Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Ключевые слова
нанотермиты,
оксиды металлов,
бактерицидная активность,
горение,
очистка атмосферы,
биоцидыАвторы
| Соколов Сергей Дмитриевич | Томский государственный университет | младший научный сотрудник | sokolovsd95@yandex.ru |
| Кудряшова Ольга Борисовна | Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук | доцент, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник | olgakudr@inbox.ru |
| Нефедов Роман Андреевич | Томский государственный университет; Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук | кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии; научный сотрудник | ronef88@yandex.ru |
| Ворожцов Александр Борисович | Томский государственный университет | доктор физико-математических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией высокоэнергетических и специальных материалов | abv1953@mail.ru |
Всего: 4
Ссылки
Baboli Z., Neisi N., Babaei A.A. et al. On the airborne transmission of SARS-CoV-2 and relationship with indoor conditions at a hospital // Atmospheric Environment. 2021. Vol. 261. Art. 118563.
Сакович Г.В., Комаров В.Ф., Ворожцов А.В. и др. Нейтрализация токсических веществ при террористических актах и техногенных катастрофах // Известия вузов. Физика. 2005. № 48 (S11). С. 109-115.
Zhao W., Wang X., Wang H. et al. Titanium enhanced ignition and combustion of Al/I2O5 mesoparticle composites // Combustion Flame. 2020. Vol. 212. P. 245-251.
Kotter L.N., Groven L.J. Boron carbide-based biocide compositions: A study of iodate particle size on combustion and iodine output // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2020. Vol. 45. P. 509-516.
Wu T., Hagen E., Wang H. et al. Achieving superior ignition and combustion performance of Al/I2O5 biocidal nanoenergetic materials by CuO addition // Combustion Flame. 2024. Vol. 259. Art. 113190.
Kudryashova O., Sokolov S., Vorozhtsov A. Mathematical model of propagation of an aerosol created by an impulse method in space // Materials. 2023. Vol. 16. Art. 5701.
Al Hallak M., Verdier T., Bertron A. et al.Comparison of photocatalytic biocidal activity of TiO2, ZnO and Au/ZnO on Escherichia coli and on Aspergillus niger under light intensity close to real-life conditions // Catalysts. 2023. Vol. 13. Art. 1139.
Chang J., Zhao G., Zhao X. et al. New promises from an old friend: iodine-rich compounds as prospective energetic biocidal agents // Accounts of Chemical Research Journal. 2021. Vol. 54 (2). P. 332-343.
Dreizin E.L. Metal-based reactive nanomaterials // Progress in Energy and Combustion Science. 2009. Vol. 35. Art. 141-167.
Khasainov B., Comet M., Veyssiere B., Spitzer D.Comparison of performance of fast-reacting nano-thermites and primary explosives // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2017. Vol. 42. P. 754-772.
Wu T., Zachariah M.R. Silver ferrite: a superior oxidizer for thermite-driven biocidal nanoenergetic materials // RSC Advances. 2019. Vol. 9 (4). P. 1831-1840.
Sullivan K.T., Wu C., Piekiel N.W. et al. Synthesis and reactivity of nano-Ag2O as an oxidizer for energetic systems yielding antimicrobial products // Combustion Flame. 2013. Vol. 160. P. 438-446.
Zhou W., DeLisio J.B., Li X. et al. Persulfate salt as an oxidizer for biocidal energetic nanothermites // Journal of Materials Chemistry A. 2015. Vol. 3. P. 11838-11846.
Wang H., Jian G., Zhou W. et al. Metal iodate-based energetic composites and their combustion and biocidal performance // ACS Applied Materials & Interfaces Journal. 2015. Vol. 7. P. 17363-17370.
Feng J., Jian G., Liu Q., Zachariah M.R. Passivated iodine pentoxide oxidizer for potential biocidal nanoenergetic applications // ACS Applied Materials & Interfaces Journal. 2013. Vol. 5. P. 8875-8880.
Wu T., Wang X., Zavalij P.Y. et al. Performance of iodine oxides/iodic acids as oxidizers in thermite systems // Combustion Flame. 2018. Vol. 191. P. 335-342.
Mulamba O., Hunt E.M., Pantoya M.L. Neutralizing bacterial spores using halogenated energetic reactions // Biotechnology and Bioprocess Engineering. 2013. Vol. 18. P. 918-925.
Zhou W., Orr M.W., Lee V.T., Zachariah M.R. Synergistic effects of ultrafast heating and gaseous chlorine on the neutralization of bacterial spores // Chemical Engineering Science. 2016. Vol. 144. P. 39-47.
Tabit F.T., Buys E. The effects of wet heat treatment on the structural and chemical components of Bacillus sporothermodurans spores // International Journal of Food Microbiology. 2010. Vol. 140. P. 207-213.
Sullivan K.T., Piekiel N.W., Chowdhury S. et al. Ignition and combustion characteristics of nanoscale Al/AgIO3: A potential energetic biocidal system // Combustion Science and Technology. 2010. Vol. 183. P. 285-302.
Lerner M.I., Glazkova E.A., Lozhkomoev A.S. et al. Synthesis of Al nanoparticles and Al/AlN composite nanoparticles by electrical explosion of aluminum wires in argon and nitrogen // Powder Technology. 2016. Vol. 295. P. 307-314.
Ишматов А.Н., Ахмадеев И.Р., Ворожцов Б.И. и др. Лазерная измерительная установка для исследования высококонцентрированных жидкокапельных аэрозолей // Датчики и системы. 2011. № 11. С. 61-63.
Gant V.A., Wren M.W., Rollins M.S. et al. Three novel highly charged copper-based biocides: safety and efficacy against healthcare-associated organisms // Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2007. Vol. 60 (2). C. 294-299.
Angelé-Martínez C., Nguyen K.V.T., Ameer F.S. et al. Reactive oxygen species generation by copper (II) oxide nanoparticles determined by DNA damage assays and EPR spectroscopy // Nanotoxicology. 2017. Vol. 11 (2). P. 278-288.
Naatz H., Lin S., Li R. et al. Safe-by-design CuO nanoparticles via Fe-doping, Cu-O bond length variation, and biological assessment in cells and zebrafish embryos // ACS nano. 2017. Vol. 11 (1). P. 501-515.
Durani P., Leaper D. Povidone-iodine: use in hand disinfection, skin preparation and antiseptic irrigation // International Wound Journal. 2008. Vol. 5 (3). P. 376-387.
Вы можете добавить статью