Состав и структурные свойства природного фуллеренсодержащего минерала шунгита. Математическая модель взаимодействия шунгита с молекулами воды
Бесплатно
Основная коллекция
Тематика:
Органическая химия
Издательство:
Науковедение
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 17
Дополнительно
Тематика:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 1 http://naukovedenie.ru 12TVN214 УДК 553.9 (470.22) 03.00.00 Биологические науки 03.00.02 Биофизика Игнатов Игнат Научно-исследовательский Центр медицинской биофизики (НИЦМБ) Болгария, София1 Профессор, доктор наук E-Mail: mbioph@dir.bg Мосин Олег Викторович ФГОУ ВПО «Московский государственный университет прикладной биотехнологии» Россия, Москва Научный сотрудник, кандидат химических наук E-Mail: mosin-oleg@yandex.ru Состав и структурные свойства природного фуллеренсодержащего минерала шунгита. Математическая модель взаимодействия шунгита с молекулами воды Аннотация: В статье рассмотрены состав и структурные свойства аморфного, некристаллизирующегося, фуллереноподобного (содержание фуллеренов до 0,01 масс.%) углеродсодержащего природного минерала – шунгита из Зажогинского месторждения в Карелии (РФ), обладающего высокой адсорбционной, каталитической и бактерицидной активностью. Приводятся данные о наноструктуре, полученные с помощью растровой электронной микроскопии (РЭМ), ИК-спектрометрии (НЭС и ДНЭС-метод) и физикохимических свойствах этого минерала. Величины средней энергии (∆EH...O) водородных Н…O-связей между молекулами H2O, измеренные по отношению к шунгиту и цеолиту после обработки этих минералов водой, составляют -0,1137 эВ для шунгита и -0,1174 эВ для цеолита. Расчет значения средней энергии водородных связей (∆EH..O) для шунгита с использованием ДНЭС-метода составил +0,0025±0,0011 эВ, а для цеолита -1,2±0,0011 эВ. Этот результат свидетельствует о реструктурировании значений ∆EH...O между H2O молекулами со среднестатистическим увеличением локальных максимумов в ДНЭС-спектрах. На основании полученных данных показаны перспективы использования шунгита в качестве сорбента в водоподготовке и водоочистке и других отраслях промышленности и техники. Ключевые слова: Минерал; сорбент; шунгит; наноструктура; фуллерены. Идентификационный номер статьи в журнале 12TVN214 1 1111, Болгария, София, ул. Николая Коперника, д. 32
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 2 http://naukovedenie.ru 12TVN214 Введение Шунгит (по поселку Шуньга, Карелия, РФ) – минерал нового поколения природных минеральных сорбентов (ПМС), промежуточный продукт между аморфным углеродом и кристаллическим графитом, содержащий углерод (30 масс. %), кварц (45 масс. %) и силикатные слюды (около 20 масс. %). Шунгитовый углерод по последним данным представляет собой окаменевшее вещество органических донных отложений высокого уровня карбонизации углерода с одержанием фуллереноподобных регулярных структур от 0,0001 до 0,001 мас.%. Первоначально шунгит использовался, в основном, в качестве наполнителя и заменителя кокса в доменном производстве высококремнистого литейного чугуна, при выплавке ферросплавов, в производстве термоустойчивых красок и антипригарных покрытий, и как наполнитель резины. Впоследствии обнаружились другие ценные свойства шунгитовых пород – сорбционные, бактерицидные, каталитические, восстановительные свойства, а также способность шунгита экранировать электромагнитные и радио излучения. Эти свойства позволили использовать шунгит в различных отраслях науки, промышленности и техники для создания на его основе самых различных материалов с наномолекулярной структурой. На основе шунтита созданы электропроводные краски, наполнители полимерных материалов и резин, заменители сажи и технического углерода бетоны, кирпичи, штукатурные растворы, асфальты, а также экранирующие элекромагнитное и радиоизлучение материалы и материалы, обладающие биологической активностью. Сорбционные, каталитические и восстановительные свойства шунгита способствовали его использованию в водообработке для очистки сточных вод от многих неорганических и органических веществ (тяжелые металлы, аммиак, нефтепродукты, пестициды, фенолы, поверхностно-активные вещества и др.). Кроме этого, шунгит является эффективным сорбентом для очистки водопроводной воды от хлора и хлорорганических веществ (диоксинов, радикалов), обладает бактерицидными свойствами по отношению к патогенной микрофлоре в воде. Воды, выходящие из шунгитовых пластов, обладают лечебными свойствами. Этими водами лечат многие заболевания, в т. ч. дерматологические, аллергические, болезни суставов и др. Высокий спектр свойств шунгитовых пород и уникальная структура фуллеренсодержащего природного минерала шунгита определяет поиск новых областей применения этого минерала в науке и технике, что способствует более глубокому изучению структуры шунгита с помощью современных методов анализа. Данная работа посвящена исследованию структурных свойств шунгита и его состава. Структурные свойства и состав шунгита По структуре шунгит представляет собой аллотропную форму метастабильного углерода, находящегося на предграфитовой стадии углефикации [1]. Кроме углерода в состав шунгита, добываемом из Зажогинского месторождения в Карелии, входят SiO2 (57,0 масс. %), TiO2 (0,2 масс. %), Al2O3 (4,0 масс. %), FeO (0,6 масс. %), Fe2O3 (1,49 масс. %), MgO (1,2 масс. %), MnO (0,15 масс. %), К2О (1,5 масс. %), S (1,2 масс. %) (таблица 1). В продукте, полученном при термическом обжиге шунгита (шунгизит) при 1200–1400 0С, содержатся в небольших количествах V (0,015 масс. %), B (0,004 масс. %), Ni (0,0085 масс. %), Mo (0,0031 масс. %), Cu (0,0037 масс. %), Zn (0,0067 масс. %), Co (0,00014 масс. %) As (0,00035 масс. %), Cr (0,0072 масс. %), Zn (0,0076 масс. %) и другие элементы (табл. 2).
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 3 http://naukovedenie.ru 12TVN214 Таблица 1 Химический состав шунгитов Зажогинского месторождения (Карелия) (масс. %) № Химический элемент, компонент Содержание, масс. % 1 С 30,0 2 SiO2 57,0 3 TiO2 0,2 4 Al2O3 4,0 5 FeO 0,6 6 Fe2O3 1,49 7 MgO 1,2 8 MnO 0,15 9 CaO 0,3 10 Na2O 0,2 11 K2O 1,5 12 S 1,2 13 H2O 1,7 Физико-химические свойства шунгита достаточно хорошо изучены [2, 3]. Плотность шунгита составляет 2,1–2,4 г/см3; пористость – до 5%; прочность на сжатие – 100–120 МПа; коэффициент электропроводности – 1500 См/м; коэффициент теплопроводности – 3,8 Вт/м . К, адсорбционная емкость до 20 м2/г. Таблица 2 Химический состав шунгита после термообработки при 1200–1400 0С № Химический элемент, компонент Содержание, масс. % 1 С 26,25 2 SiO2 3,45 3 TiO2 0,24 4 Al2O3 3,05 5 FeO 0,32 6 Fe2O3 1,01 7 MgO 0,56 8 MnO 0,12 9 CaO 0,12 10 Na2O 0,36 11 K2O 1,23 12 S 0,37 14 P2O3 0,03 15 Ba 0,32 16 B 0,004 17 V 0,015 18 Co 0,00014 19 Cu 0,0037 20 Mo 0,0031 21 As 0,00035 22 Ni 0,0085 23 Pb 0,0225 24 Sr 0,001 26 Cr 0,0072 26 Zn 0,0067 27 H2O 0,78 28 Потери при прокаливании 32,78
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 4 http://naukovedenie.ru 12TVN214 Шунгиты различаются по составу минеральной основы (алюмосиликатной, кремнистой, карбонатной) и количеству шунгитового углерода. Шунгитовые породы с силикатной минеральной основой подразделяются на малоуглеродистые шунгитсодержащие (до 5 масс.% С), среднеуглеродистые шунгитистые (5–25 масс.% С) и высокоуглеродистые шунгитовые (25–80 масс.% С) [4]. Сумма (C + Si) в шунгитах Зажогинского месторождения находится в пределах 83–88 масс.% (рис. 1). Рис. 1. Распределение (масс.%) углерода C (сплошная линия) и кремния Si (пунктирная линия) в рядовых пробах шунгитов из Зажогинского месторождения (Карелия) по данным атомно-эмиссионной спектрофотометрии (АЭС) Кристаллы дробленого, тонкомолотого шунгита обладают выраженными биполярными свойствами. Результатом этого является высокий уровень адгезии и способность шунгита смешиваться практически со всеми органическими и неорганическими веществами. Кроме этого, шунгит обладает широким спектром бактерицидных свойств; он адсорбционно активен по отношению к некоторым бактериальным клеткам, фагам, патогенным сапрофитам [5]. Свойства шунгита определяются наноструктурой и составом образующих его элементов. Шунгитовый углерод равномерно распределен в силикатном каркасе из мелкодисперстных кристаллов кварца, размерами 1–10 мкм (рис. 2), что подтверждено исследованиями ультратонких шлифов шунгита методом просвечивающей (трансмиссионной) электронной микроскопии (ПЭМ) и растровой электронной микроскопии (РЭМ) в поглощенных и обратнорассеянных электронах [6]. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 10 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 Содержание, масс. % %, рядовых проб C Si
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 5 http://naukovedenie.ru 12TVN214 Рис. 2. Структура шунгитовой породы в растровом электронном микроскопе: Область сканирования – 100100 мкм, разрешение – 0,3 нм, увеличение – 300000 раз. Стрелками показаны силикатный каркас из мелкодисперстного кварца, размерами 1–10 мкм и равномерно распределенный углерод ([6]) Шунгитовое углеродистое вещество является продуктом высокой степени карбонизации углеводородов. Его элементный состав (масс. %): С – 98,6–99,6; Н – 0,15–0,5; (Н + О) – 0,15–0,9. При практически постоянном элементном составе шунгитового углеродистого вещества наблюдается непостоянство его структур – молекулярной и надмолекулярной, поверхностной, пористой. Рентгеноструктурные исследования показали, что по молекулярной структуре шунгитовый углерод представляет собой твердый углерод, компоненты которого могут находиться в состоянии близком как к графиту, так и к газовой саже и стеклоуглероду, т. е. максимально разупорядоченным [7]. Углеродистое вещество шунгитов с явно выраженной структурной анизотропией проявляет существенное увеличение диамагнетизма при пониженных температурах, характерное для фуллеритов. Основу шунгитного углерода составляют полые, многослойные фуллереноподобные сферическия глобулы, диаметром 10–30 нм, содержащие пакеты плавно изогнутых углеродных слоев, охватывающих нанопоры (рис. 3). Структура глобулы устойчива относительно фазовых переходов шунгитового углерода в другие аллотропные формы. Фуллереноподобные глобулы могут содержать от нескольких десятков до нескольких сотен атомов углерода и различаться по форме и размерам [8]. Фуллерены впервые были открыты в 1985 году при лазерном облучении твердого графита [9]. Позже фуллерено-подобные структуры были обнаружены не только в графите, но и в образующейся в дуговом разряде на графитовых электродах саже, а также в шунгите (0,001 масс. %) [10]. Кристалл, образованный молекулами фуллеренов (фуллерит) является молекулярным кристаллом; переходной формой между органическим и неорганическим веществом. Фуллерит имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку размером 1,42 нм, расстоянием между ближайшими соседями – 1 нм и числом ближайших соседей в ГЦК решетке фуллерита, равным 12. При 249 К в фуллерите наблюдается фазовый переход первого рода, при котором ГЦК решетка переходит в простую кубическую с увеличением объема фуллерита на 1%. Плотность фуллерита составляет 1,7 г/см3, что несколько меньше плотности и шунгита (2,1–2,4 г/см3) и графита (2,3 г/см 3).
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 6 http://naukovedenie.ru 12TVN214 Рис. 3. Нанодифракционная электронограмма углерода шунгита в виде сферических многослойных фуллереноподобных глобул, диаметром 10–30 нм, полученная методом ПЭМ: зонд – 0,3–0,7 нм, энергия пучка электронов – 100–200 кэВ, радиус пучка – 10 нм). Слева флуоресциирующие фуллереноподобные сферические глобулы; справа – многослойные фуллереноподобные сферические глобулы с пакетами углеродных слоев, при более высоком разрешении [6] Характерной особенностью структуры фуллеренов является, что атомы углерода расположены в вершинах правильных шести- и пятиугольников, покрывающих поверхность формирующейся графитовой сферы или эллипсоида и составляют замкнутые многогранники, состоящие из четного числа трехкоординированных атомов углерода, находящихся в состоянии sp2–гибридизации. Атомы углерода, образующие сферу, связаны между собой ковалентной С–С связью, длина которой в пятиугольнике – 0,143 нм, в шестиугольнике – 0,139 нм. Молекулы фуллеренов могут содержать 24, 28, 32, 36, 50, 60, 70 и т.д. атомов углерода (рис. 4). Фуллерены с количеством углеродных атомов n<60 являются неустойчивыми. Высшие фуллерены, содержащие большее число атомов углерода (n<400), образуются в незначительных количествах и часто имеют довольно сложный изомерный состав [11]. В углеродистом веществе шунгитовых пород выявлены фуллерены (С60, С70, С74, С76, С84 и др.), а также фуллереноподобные структуры, как обособленные, так и связанные с минералами. Рис. 4. Разновидности природных и синтетических фуллеренов с различным количеством атомов углерода: С24, С28, С32, С36, С50, С60, С70
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 7 http://naukovedenie.ru 12TVN214 Благодаря сетчато-шарообразному строению природные фуллерены и их синтетические производные являются идеальными сорбентами и наполнителями. Толщина сферической оболочки молекулы фуллерена С60 составляет ~0,1 нм с радиусом молекулы – 0,357 нм. Помещая внутри углеродных кластеров разные атомы и молекулы, можно создавать различные материалы и сорбенты с широким спектром физико-химических свойств. В настоящее время на основе фуллеренов синтезировано более 3 тысяч новых элементорганических соединений [12]. Перспективы развития синтеза фуллеренов связаны с особенностями химического строения молекул фуллеренов – трехмерных аналогов ароматических структур и наличием большого числа двойных сопряженных связей и реакционных центров на замкнутой углеродной сфере. Обладая высокой электроотрицательностью, фуллерены выступают в химических реакциях как сильные окислители. Присоединяя к себе радикалы различной химической природы, фуллерены способны образовывать широкий класс химических соединений, обладающих различными физико-химическими свойствами. Комбинация фуллерена с представителями множества известных классов веществ открывает возможность синтеза многочисленных производных этих соединений. Посредством измерения ИК-спектров в области вибрационных колебаний кристаллической решетки минерала можно получить информацию: а) о структуре силикатного каркаса, природе и локализации катионов; б) о природе структурных групп на поверхности минерала, которые являются каталитически активными сайтами. Другим методом получения информации о средней энергии водородных связей является т.н. энергетический спектр воды. Экспериментальным путем было установлено, что при испарении капли воды, угол смачивания θ уменьшается дискретно до нуля, причем диаметр капли изменяется незначительно. Путем измерений этого угла через равные интервалы времени определяется функциональная зависимость f(θ), которая обозначается спектром состояния воды [13]. Для практических целей за счет измерения спектра состояния воды возможно получить информацию об усредненном значении энергии водородных связей в пробе воды. Для этого используется модель У. Лукка, рассматривающая воду как ассоциированную жидкость, состоящую из О–Н…О–Н групп [14, 15]. Большая часть этих групп определяется энергией водородных связей (-E), а остальные свободны (E = 0). Функция распределения по энергиям f(E) измеряется в электронвольтах (эВ-1) и может изменяться под воздействием различных внешних воздействий на воду. Для практических расчетов функции f(E) используется экспериментальная зависимость между поверхностным натяжением воды (θ) и энергией водородных связей между ее молекулами (E): f(E) = b f(θ)/(1 - (1 + bE)2)1/2, где b = 14,33 эВ-1; θ = arcos(-1 – b E) Энергия водородных связей (Е) измеряется в электронвольтах (эВ) и определяется спектром распределения по энергиям. Спектр воды характеризуется неравновесным процессом испарения капель воды, поэтому используется термин “неравновесный энергетический спектр воды” (НЭС). Разница: ∆f(E) = f (пробы воды) – f (контрольной пробы воды) – называется “дифференциальный неравновесный энергетический спектр воды” (ДНЭС).
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 8 http://naukovedenie.ru 12TVN214 ДНЭС измеряется в милиэлектронвольтах (мэВ) и является мерой изменений структуры воды в результате внешних воздействий. Совокупное влияние всех остальных факторов одинаково для контрольной пробы воды и пробы воды, на которую оказывается данное воздействие. Исследование методом НЭС капель воды, полученной после 3-х дневной настойки на шунгите и цеолите в деионизированной воде может также дать ценную информацию о возможном числе водородных связей в молекуле и распределении молекул H2O по энергиям (табл. 3) Taблица 3 Характеристики энергетических спектров воды после 3-х дневного настаивания минералов цеолита и шунгита, полученных с помощью НЭС-метода -Е(eV) x-ось Шунгит %, (-EValue)/ (-Etotal value) Цеолит %, (-EValue)/ (-Etotal value) -Е(eV) x-ось Шунгит %, (-EValue)/ (-Etotal value) Цеолит %, (-EValue)/ (-Etotal value) 0,0937 2,85 6,3 0,1187 0 12,4 0,0962 8,8 6,3 0,1212 5,9 6,3 0,0987 5,9 0 0,1237 0 0 0,1012 11,8 12,4 0,1262 0 0 0,1037 11,8 6,3 0,1287 0 18,7 0,1062 0 6,3 0,1312 8,8 6,3 0,1087 0 0 0,1337 2,85 0 0,1112 5,9 0 0,1362 0 0 0,1137 11,8 0 0,1387 11,8 2,4 0,1162 11,8 6,3 – – – Другой важный физический параметр, рассчитанный методом НЭС – величины средней энергии (∆EH...O) водородных Н…О-связей между молекулами H2O после обработки шунгита и цеолита водой, которые составляют -0,1137 эВ для шунгита и -0,1174 эВ для цеолита. Для контрольного образца деионизированной воды эта величина составляет -0,1162 эВ. Результаты, полученные для НЭС-метода были проверены с помощью ДНЭС-метода. Результат для шунгита согласно ДНЭС-методу составил +0,0025±0,0011 эВ, а для цеолита – 1,2±0,0011 эВ. Эти результаты свидетельствуют о реструктуризации значений энергий водородных связей между индивидуальными молекулами H2O cо статистически достоверным увеличением локальных максимумов в ДНЭС-спектрах. Так, для значения 0,1387 эВ существует локальный максимум с положительным значением энергии для шунгита и цеолита. ДНЭС-спектры водных растворов, содержащих ионы Ca2+ обладали локальным минимумом энергии при –0,1 эВ и локальным максимумом при –0,0987 эВ. ДНЭС-спектры водной настойки шунгита обладают локальным минимумом энергии при -0,0987 эВ и локальным максимумом при –0,1137 эВ. При изменении температуры воды средняя энергия водородных H...O связей в ассоциатах молекул H2O изменяется [16].
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 9 http://naukovedenie.ru 12TVN214 Рис. 4. Распределение значений (%, (-Evalue)/(-Etotal value) молекул H2O в соответствии с энергиями водородных связей (-Evalue) относительно общей энергии водородных связей (Etotal) после обработки шунгита и цеолита водой Практическое применение фуллеренсодержащих материалов на основе шунгита Фуллеренсодержащие материалы используются в современных нанотехнологиях, микроэлектронике, медицине, космических и военных технологиях, в машинном производстве, в производстве технической продукции, новейших сталей и сплавов, строительных, огнеупорных материалов, красок, тонкодисперстных порошков, водоочистке и др. Обсуждается идея создания лекарственных носителей на основе водо-растворимых эндоэдральных соединений фуллеренов и фуллеренсодержащих материалов, внутри которых помещен один или более атомов какого- либо элемента с радиоактивными изотопами [17]. Разработаны условия синтеза противовирусных и противораковых препаратов на основе фуллеренов, введение которых в организм позволит избирательно воздействовать на пораженные раковой опухолью клетки, препятствуя их дальнейшему размножению [18]. Основным препятствием использования искусственно синтезированных фуллеренов является их высокая стоимость, которая варьирует 100–900 долларов США за грамм, в зависимости от их качества и степени чистоты. Поэтому перспективнен поиск и разработка новых природных фуллеренсодержащих минералов, каким является отечественный шунгит. Широкие перспективы использованию шунгита в качестве фильтрующего материала открываются в водоподготовке и очистке воды. Природный шунгит, уступая активированному углю лишь низкой пористостью и внутренней поверхностью, как сорбент характеризуется рядом положительных характеристик: ● высокой адсорбционной способностью и технологичностью, характеризуемой малым сопротивлением напора жидкости; ● механической прочностью и малой истираемостью; ● коррозионной устойчивостью; 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0,05 0,1 0,15 -E(eV) %, -Evalue/-Etotal Shungite Zeolite
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, март – апрель 2014 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru 10 http://naukovedenie.ru 12TVN214 ● способностью к сорбции многих веществ, как органических (нефтепродуктов, бензола, фенола, пестицидов и др.) так и неорганических (хлор, аммиак, тяжелые металлы); ● каталитической активностью; ● сравнительно низкой стоимостью; ● экологической чистотой и безопасностью. По данным исследований, выполненных во Всероссийском научно-исследовательском институте минерального сырья им. Н.М. Федоровского по эффективности шунгит проигрывает активированному углю на первом этапе фильтрации, в течение первых 24 часов, в дальнейшем шунгит начинает очищать воду с более высокой и постоянной скоростью. Это объясняется каталитическими свойствами шунгита и способностью каталитически окислять сорбируемые на его поверхности органические вещества из воды [19]. Предполагается, что шунгит способен поглощать кислород, активно взаимодействуя с ним, как сильный восстановитель в воде и на воздухе [20]. В этом процессе образуется атомарный кислород, являющийся сильнейшим окислителем и окисляющий адсорбированные на шунгите органические вещества до CO2 и H2O, освобождая поверхность шунгита для новых актов адсорбции. Длительное воздействие шунгита по отношению к растворенным в воде катионам металлов Ca2+, Mg2+, Fe2+ и Fe3+ объясняется тем, что металлы переводятся каталитически активным шунгитом в форму нерастворимых карбонатов, за счет процесса взаимодействия с CO2, который генерируется при окислении органических веществ кислородом. Исследования антиоксидатных свойств шунгита по отношению к хлорорганическим соединениям и свободным радикалам показали [21], что шунгит выводит свободные радикалы из воды в 30 раз эффективнее, чем активированный уголь. Это является очень важным обстоятельством, поскольку свободные радикалы, образующиеся при обработке воды хлором и его производными, оказывают негативное влияние на организм человека и являются причиной многих заболеваний (сердечно-сосудистых, онкологических и др.). Эти вышеперечисленные качества позволяют использовать шунгит в качестве эффективного материала сорбционного фильтра для очистки сточных вод от органических и хлорорганических веществ (нефтепродуктов, пестицидов, фенолов, поверхностно-активных веществ, диоксинов и др). Шунгит абсорбирует на своей поверхности до 95 % загрязнителей, включая хлорорганические соединения, фенолы, диоксины, тяжелые металлы, радионуклиды и др., устраняет мутность и цветность воды и придает воде хорошие органолептические качества, одновременно насыщая ее микро- и макроэлементами (таблица 4). Адсорбционная активность шунгита по фенолу составляет 14 мг/г; по термолизным смолам – 20 мг/г; по нефтепродуктам более – 40 мг/г [22]. В модельных экспериментах показано, что в воде, содержащей тяжелые металлы (медь, кадмий, ртуть, свинец), бор, фенол и бензол в концентрациях в 10–50 раз превышающих ПДК, после обработки шунгитом в стационарных, либо динамических условиях на фильтровальных установках из шунгита, содержание этих загрязнителей снижается ниже установленных нормативными документами уровней. При этом в воду не поступают каких-либо токсичных элементов из шунгитовых сорбентов.