Zijn koolstofnanobuisjes giftig? Welke beschermende maatregelen moeten worden genomen tijdens het hanteren?

1. Een onvermijdelijke ‘kritische vraag’

Achter de vele voordelen van CNT’s blijft één vraag onbeantwoord: zijn ze eigenlijk veilig?

Sinds de ontdekking van CNT's in 1991 zijn de debatten over hun toxiciteit nooit gestopt. Aan de ene kant lijkt hun naald-achtige vezelachtige vorm opvallend veel op asbest; aan de andere kant behoren ze tot de meest veelbelovende dragers van geneesmiddelen in de nanogeneeskunde. Zijn CNT's het 'volgende asbest' of zijn ze een beheersbaar industrieel materiaal?

Tegenwoordig behandelt dit artikel, zonder ontwijking of overdrijving, en gebaseerd op gezaghebbend onderzoek en internationale normen, deze gevoelige kwestie duidelijk.

2. De kern van het toxiciteitsdebat: waarom lijken ze op asbest?

2.1 Zorgen die voortkomen uit morfologische gelijkenis

De pathogeniteit van asbest is voornamelijk te danken aan de lange, dunne, stijve vezelvorm. Deze morfologie maakt het moeilijk voor macrofagen in de longen om te zuiveren, wat leidt tot chronische ontstekingen door langdurige retentie, wat uiteindelijk resulteert in asbestose, longkanker en mesothelioom.

CNT's delen toevallig vergelijkbare kenmerken: een hoge beeldverhouding, een naald-achtige structuur en een hoge biopersistentie. In 2008 werd een studie gepubliceerd inNatuur Nanotechnologiebevestigde voor het eerst dat CNT's van specifieke lengtes, geïnjecteerd in de buikholtes van muizen, inderdaad granulomen en ontstekingsreacties veroorzaakten die vergelijkbaar waren met die veroorzaakt door asbest.

Deze ontdekking veroorzaakte een wereldwijd veiligheidsalarm en werd het startpunt van het debat over de vraag of CNT’s veilig zijn.

2.2 Toxiciteit is niet ‘aanwezig of afwezig’, maar het resultaat van meerdere factoren

Academisch onderzoek onthult een complexere waarheid: de toxiciteit van CNT's wordt beïnvloed door meerdere factoren en kan niet worden gegeneraliseerd.

(1) De buislengte is een belangrijke variabele
Beeldverhouding is een kernparameter die de toxiciteit bepaalt. Studies hebben aangetoond dat CNT's met een lengte van 825 nm een ​​aanzienlijk sterkere longontsteking veroorzaken dan kortere buizen van 220 nm. De reden is eenvoudig: langere buizen kunnen moeilijker volledig door macrofagen worden opgeslokt, wat leidt tot "gefrustreerde fagocytose".-De macrofagen kunnen ze niet opruimen, maar geven in plaats daarvan aanzienlijke hoeveelheden ontstekingsfactoren vrij, waardoor aanhoudende schade wordt veroorzaakt.

(2) Metaalverontreinigingen zijn ‘onzichtbare moordenaars’
Metaalkatalysatoren (ijzer, kobalt, nikkel, enz.) die worden gebruikt tijdens de CNT-synthese kunnen, als ze niet grondig worden gezuiverd, achterblijvende metaaldeeltjes achterlaten die de productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) katalyseren, wat oxidatieve stress en celbeschadiging veroorzaakt. Dit is de reden dat de toxiciteit van CNT's met een hoge-zuiverheid aanzienlijk lager is dan die van producten met een lagere-zuiverheid.

(3) Functionele oppervlaktegroepen kunnen de toxiciteit wijzigen
Oppervlaktechemische modificatie kan de biocompatibiliteit van CNT's aanzienlijk veranderen. Functionalisatie zoals carboxylering (-COOH) of hydroxylering (-OH) kan de dispergeerbaarheid van CNT's in water verbeteren en hun affiniteit voor celmembranen verminderen, waardoor de cytotoxiciteit wordt verminderd.

(4) SWCNT's versus MWCNT's: wat is gevaarlijker?
Uit onderzoek blijkt dat bij dezelfde dosis de toxiciteit van enkel-wandige CNT's (SWCNT's) over het algemeen hoger is dan die van meer-wandige CNT's (MWCNT's). Dit kan zijn omdat SWCNT's kleinere diameters en grotere specifieke oppervlakken hebben, waardoor de kans groter is dat ze celmembranen binnendringen.

2.3 Mechanismen van toxiciteit

Volgens overzichtsartikelen wordt de cellulaire toxiciteit van CNT's voornamelijk bereikt via de volgende mechanismen:

Belangrijkste conclusie:Deze toxische effecten zijn relatief goed-gedefinieerd onder omstandigheden van blootstelling aan hoge doses-, maar hun risico bij blootstelling aan lage- korte- doses op de korte termijn blijft ter discussie.

3. Gids voor bescherming bij hantering: beroepsmatige blootstelling is het grootste risico

Voor gewone consumenten is het gebruik van eindproducten die CNT's bevatten (zoals lithiumbatterijen en composietproducten) veilig.-CNT's worden geïmmobiliseerd in de matrix en raken niet los en komen niet vrij. De echte zorg is het risico op beroepsmatige blootstelling: werknemers die betrokken zijn bij productie, wegen, verspreiden, schoonmaken en andere taken.

3.1 Wat zeggen internationale normen?

De Significant New Use Rule (SNUR) van de Amerikaanse EPA voor meer-CNT's met meerdere muren vereist duidelijk:

Technische controles als prioriteit:Gebruik fysieke isolatie, lokale afzuigventilatie, gesloten systemen en andere maatregelen om blootstelling zoveel mogelijk te voorkomen.

Ademhalingsbescherming:Wanneer technische maatregelen onvoldoende zijn om het blootstellingsrisico te elimineren, moeten door NIOSH gecertificeerde ademhalingstoestellen met een toegewezen beschermingsfactor (APF) van 50 of hoger worden gebruikt, waaronder:

Volledig-gelaatsmaskers met N100/P100/R100-filter

Aangedreven lucht-zuiverende ademhalingstoestellen (PAPR) met HEPA-filters

Er wordt met name opgemerkt dat conventionele N95-maskers onvoldoende filtratie-efficiëntie hebben voor nanodeeltjes; Er moeten filtermedia van niveau P100 of N100 worden gebruikt.

3.2 Fabriekspraktijk: zeven 'levens-besparende' aanbevelingen

Op basis van academische onderzoeksconclusies en industriële praktijk moeten de volgende principes worden gevolgd bij het omgaan met CNT's:

Ten eerste moeten droogpoederoperaties worden uitgevoerd in gesloten systemen of zuurkasten.
Bij het wegen en overbrengen van CNT-droogpoeder ontstaat het gemakkelijkst stof. Werkzaamheden moeten worden uitgevoerd in zuurkasten met negatieve- druk, of er moeten handschoenenkasten en gesloten toevoersystemen worden gebruikt. Het dumpen of zeven van droog CNT-poeder in open omgevingen is ten strengste verboden.

Ten tweede: geef de voorkeur aan voor-gedispergeerde pasta's om stof bij de bron te verwijderen.
Dit is de meest effectieve beschermingsmaatregel. CNT's in pre-gedispergeerde pasta's zijn ingekapseld door vloeistof, genereren geen stof en verminderen het blootstellingsrisico aanzienlijk. Juist tijdens de stap waarbij klanten zelf CNT-poeder verspreiden, vinden veel incidenten plaats.

Ten derde: draag de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen.

Ten vierde: gebruik nat reinigen; droogvegen of persluchtblazen is ten strengste verboden.
Gebruik natte doeken om af te vegen of industriële stofzuigers (uitgerust met HEPA-filters) om op te ruimen om te voorkomen dat bezonken stof weer in de lucht terechtkomt.

Ten vijfde: controleer regelmatig de luchtkwaliteit op de werkplek.
Gebruik draagbare aërosolmonitors om ervoor te zorgen dat de CNT-concentratie in de lucht onder de beroepsmatige blootstellingslimiet ligt (momenteel is de door de Amerikaanse NIOSH aanbevolen blootstellingslimiet 1 ug/m³).

Ten zesde: stel een programma voor toezicht op de arbeidsgezondheid op.
Voor werknemers met langdurige blootstelling- aan CNT's: voer regelmatig longfunctietests en thoraxfoto's uit.

Ten zevende: gooi afval op de juiste manier weg.
CNT-afval moet worden behandeld als gevaarlijk afval en mag niet rechtstreeks in het milieu terechtkomen.

4. Ontwikkelingen op regelgevingsgebied: CNT's opgenomen in chemisch beheer

De afgelopen jaren hebben grote wereldeconomieën CNT's opgenomen in chemische managementsystemen.

Dit betekent dat CNT-fabrikanten uitgebreidere EHS-beheersystemen (Environment, Health, Safety) moeten opzetten.

5. Voordelen van de fabrikant Shandong Tanfeng: 'Zero-Stof'-gebruik voor klanten mogelijk maken

Als CNT-fabrikant zijn we ons er terdege van bewust dat veiligheid de basis is van industrialisatie. Wij zijn niet alleen verantwoordelijk voor onze interne medewerkers, maar ook voor het veilige gebruik van onze producten door downstream-klanten.

Controleer eerst de metaalverontreinigingen strikt bij de bron.
Resterende metaalkatalysatoren leveren een belangrijke bijdrage aan de CNT-toxiciteit. Door geoptimaliseerde zuiveringsprocessen controleren we restmetalen zoals Fe, Co en Ni tot op ppm-niveau, waardoor de potentiële biotoxiciteit van onze producten aanzienlijk wordt verminderd.

Ten tweede: zorg voor voor-gedispergeerde geleidende pastaproducten.
Dit is onze grootste bijdrage aan de veiligheid van onze klanten. CNT's in voor-gedispergeerde pasta's zijn ingekapseld door vloeistof (NMP of water), waardoor er tijdens gebruik geen stof vrijkomt, zodat klanten niet worden geconfronteerd met de risico's die gepaard gaan met het hanteren van droge poeders. Momenteel is ruim 70% van onze zendingen in pastavorm.

Ten derde: zet een EHS-beheersysteem voor het hele-proces op.
In onze productiewerkplaatsen implementeren we strikt gesloten, geautomatiseerde controles en zijn we uitgerust met stofopvangsystemen en apparaten voor de behandeling van afgas. We bieden onze medewerkers regelmatig arbeidsgezondheidsonderzoeken en veiligheidstrainingen aan om ervoor te zorgen dat hun activiteiten aan de voorschriften voldoen.

Ten vierde: zorg voor veiligheidsinformatiebladen (SDS) en gebruiksrichtlijnen.
Elke partij producten wordt geleverd met een compleet veiligheidsinformatieblad, waarin de beschermingseisen en noodmaatregelen duidelijk worden gespecificeerd. Wanneer klanten veiligheids-gerelateerde operationele vragen tegenkomen, bieden wij technische begeleiding.

6. Een rationele kijk: risico's zijn beheersbaar, er is geen reden tot paniek

Terugkerend naar de oorspronkelijke vraag: zijn CNT’s eigenlijk giftig?

Het antwoord is:Er zijn potentiële risico's onder specifieke omstandigheden, maar de risico's zijn beheersbaar.

CNT's zijn niet het 'volgende asbest'. De schade van asbest ligt in het feit dat de biopersistentie ervan niet kan worden veranderd, terwijl de toxiciteit van CNT's kan worden verminderd door maatregelen zoals het controleren van de buislengte, het zuiveren van onzuiverheden en oppervlaktemodificatie. De heersende consensus in de wetenschappelijke gemeenschap is dat de veiligheidsrisico's van CNT's een technisch probleem zijn en geen fundamenteel obstakel.

In de toekomst zal de veiligheid van CNT's blijven verbeteren, dankzij de vooruitgang op het gebied van groene synthesetechnologieën, functionele modificatie en strengere regelgevende maatregelen. Dit ‘supermateriaal’ zal uiteindelijk zijn ware toepassingspotentieel realiseren onder veilige en controleerbare omstandigheden.

Als u meer vragen heeft over de veilige omgang met CNT's of als u voor-gedispergeerde pastaproducten nodig heeft om stofrisico's te voorkomen, kunt u contact met ons opnemen. Als verantwoordelijke CNT-fabrikant staan ​​wij klaar om met u samen te werken om dit "supermateriaal" veilig te gebruiken.