OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL ENGINEERING

Slovo na úvod

2 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Dobrý sluha vs. Zlý pán

3 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

23.5.2013

Dobrý sluha vs. Zlý pán

4 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Hliník - výskyt v prírode

5 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Hlinitokremičitany – živce, sľudy, zeolity a iné (až 6,6 % v zemskej kôre)

Muskovit

KAl3(AlSi3O10)(OH)2

Albit

KAl3(AlSi3O10)(OH)2

Kaolinit

Al2Si2O5(OH)4

Anortit

CaAl2Si2O8

Bauxit

Zmes minerálov: Al(OH)3, Al2O3·H2O,

AlO(OH), oxidy železa

Korund

Al2O3

1778 – 1829

UK

História

6 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

B.C. Rímania taniere a poháre z neznámeho striebrolesklého kovu

A.D. Čínsky generál Zhou Zhu v 3. storočí – ornamenty z 85%-ného hliníka

1807 Objavenie hliníka ako prvku – Sir Humphrey Davy

(názov Alumium – predtým rôzne použitie v stomatológii, garbiarstvo...)

1825 Izolácia kovového Al – Hans Christian Ørsted

1777 – 1851

DEN

História

7 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

1827 Napoleón III. využíva hliníkové taniere – uprednostnenie pred zlatými

1865 Jules Verne používa hliníkový raketoplán

(De la terre à la lune, trajet direct en 97 heures 20 minutes)

1888 Výroba na základe Hall/Héroultovho procesu

(Vylepšený Bayerov proces z roku 1887)

20. st. Široké priemyselné využitie

1847 – 1904

AUT

1808 – 1873

FRA 1863 – 1914

USA

1863 – 1914

FRA 1859 – 1926

USA

1828 – 1905

FRA

Výroba

8 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Bauxit

NaOH, Δ

Al2O3

Al(OH)3 Žiar nad Hronom

Kalcinácia

Elektrolýza

1 t 2 t

4 t 2 t

Stavbársky priemysel Konštrukčný materiál Kovový hliník - rôzny obsah

Vodiče elektrického prúdu Kovový hliník - rôzny obsah

Strojársky priemysel Konštrukčný materiál Kovový hliník - rôzny obsah Farmaceutický

priemysel

Antipyretikum - liečivá Hlinitá soľ - aloxiprin

Adsorbent - aditívum

Hlinitá soľ - Al(OH)3

Hlinitá soľ - AlPO4

Hlinitá soľ - MgAl2(SiO4)2

Adjuvans - vakcíny Hlinitá soľ - Al(OH)3

Hlinitá soľ - AlPO4

Dermatologiká - liečivá Hlinitá soľ - octany a vínany

Produkty

dennej potreby

Adstringencium Hlinitá soľ - laktáty

Hlinitá soľ - AlF3

Antiperspirant Hlinitá soľ - chlórhydráty

Potravinárstvo

Obalový materiál - alobal Kovový hliník - 99,8 %

Kuchynský riad

Aditíva

Kovový hliník - rôzny obsah

Farbivo E120 - Karmíny

Vodohospodárstvo Koagulant Hlinitá soľ - Al2(SO4)3

Hlinitá soľ - PAC

Hliník v každodennom živote

9 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Odvetvie Využitie Forma hliníka

Expozícia hliníkom a jeho soľami

9 OEI, FCHPT STU, Bc. Lukáš Hrdlička

Rok 1950

1 mg Al za deň

Rok 2050

100 mg Al za deň

Čistý vzduch

100 ng Al na m3

Denne vdýchneme

1,4 μg Al

10 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Hep A – hepatitída typu A

Hep B – hepatitída typu B

DTaP – záškrt, tetanus,

čierny kašeľ

Hib – purulentná meningitída

PCV – konjugovaná

pneumokoková vakcína

v SR ešte MMR – osýpky,

mumps, rubeola

Každodenná expozícia: ingesciou, inhaláciou, inokuláciou, intramuskulárne

Ročne 11 kg Al na osobu – pri expozícii 0,1 % je to až 30 mg za deň

Prvý kontakt s Al – vakcinácia novorodeniat (Al(OH)3, AlPO4) (5 mg Al)

Voda – flokulačné činidlá pri úprave vody (WHO limit 0,2 mg∙l−1)

Potrava – obalové materiály a výrobný proces (1 až 20 mg Al)

Lieky – adsorbent, sušiace činidlo, katalyzátor (Al2O3)

antacída – AlPO4, MgAl2(SiO4)2, aluminiumdihydroxyglycinát

analgetiká a antipyretiká – aloxiprin (derivát kyseliny salicylovej)

Kozmetika – látky zabraňujúce poteniu (2 g Al za deň)

najčastejšie AlnCl(3n-m)(OH)m

opaľovacie krémy (5 g), rúže, krémy, make-up

Dôležité cesty vstupu

11 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Koža – prechod hliníka do lymfatického systému

Nos – respiračný epitel → do hrdla → do čriev

čuchový epitel → čuchový nerv → mozog

Pľúca – akumulácia Al a prestup do obehového systému

Dôležité cesty výstupu

12 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Krv je hlavným distribútorom Al v organizme

- citráty a fosfáty hlinité sa dobre transportujú medzi tkanivom a krvou

Lymfatický systém – nájdené vysoké koncentrácie hliníka v pote

Črevo – stolicou 74-96 % ingesčne prijatého Al

Moč – odstránenie Al z obehového systému (10 až 100 μg za deň)

Minoritné cesty výstupu – kožný tuk, semeno, vlasy, nechty

Prejavy intoxikácie hliníkom a jeho soľami

13 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Hliník je perzistujúcou látkou v organizme a je schopný transportu

do svalov, orgánov a mozgu

Narúša enzymatickú aktivitu (NADH, SOD) a potenciuje oxidačné účinky

železa

V závislosti od jeho koncentrácie v organizme narastá miera peroxidácie

lipidov

- dodávka energie

- pružnosť

- selektívna priepustnosť

- signalizácia

- regulácia génovej expresie

Prejavy intoxikácie hliníkom a jeho soľami

14 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Prechod hliníka cez hematoencefalitickú membránu a jeho akumulácia

Zvýšené koncentrácie hliníka nájdené u subjektov trpiacich demenciou,

encefalopatiou, Alzheimerovou chorobou, Parkinsonovou chorobou,

osteomaláciou a mikrocytárnou anémiou.

Po 24 hodinách od expozície Po 1. týždni od expozície

Vo vakcíne 18 μg Al3+, vo svale po 21 dňoch 2,3 μg Al3+.

Po 12-tich mesiacoch 32 % pokrytie mozgového tkaniva (kontrola 7 %).

Systém kovový hliník - kyselina (ZVAl/H+)

15 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Modifikácia klasickej FR, využitie kovového hliníka

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO− + HO•

2 Al0 + 6 H+ + 3 O2 → 2 Al3+ + 3 H2O2

Al0 + 3 H2O2 → Al3+ + 3 HO− + 3 HO•

Využitie kovového hliníka v reakcii

Reakcia prebieha pri pH < 6

Po reakcii a neutralizácii vzniká hydroxid hlinitý

Al3+ + 3 HO− → Al(OH)3

16 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Oxidačný stres v živých organizmoch

Biologické oxidácie indukované železom v prítomnosti hliníka:

O2−• → H2O2 enzým SOD

H2O2 → H2O + O2 enzým kataláza

Podrobná interpretácia rovnice produkcie peroxidu vodíka hliníkom

2 Al0 + 3 O2 + 6 H+ → 2 Al3+ + 3 H2O2

2 Al0 + 6 O2 → 2 Al3+ + 6 O2−•

6 O2−• + 6 H+ → 6 HOO•

6 HOO• → 3 H2O2 + 3 O2

Al3+ + O2−• → Al2+–O–O•

Al2+–O–O• + O2−• → Al+–(O–O•)2

Al+–(O–O•)2 + O2−• → Al–(O–O•)3

In vivo:

17 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Možné štruktúry aduktu

18 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Oxidačný stres v živých organizmoch

Al(3-n)–(O–O•)n + nH2O → Al(3-n)–(O–OH)n + nHO•

Al(3-n)–(O–OH)n → Al(3-n+x)–(O–OH)(n-x) + xHOO•

xHOO• → x/2 H2O2 + x/2 O2

Al2+–O–O• + Fe3+ → Fe2+ + O2 + Al3+

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO− + HO•

Vznik primárneho oxidačného stresu

Nadprodukcia ROS

Slovo na záver

19 OEI, FCHPT STU, Ing. Lukáš Hrdlička

Hliníku a jeho iónom sa v bežnom živote nevyhneme

Možné zníženie expozície vhodným výberom tovarov

Pozvánka:

Deň otvorených dverí

Január 2016

FCHPT, STU

Radlinského 9

Bratislava

www.fchpt.stuba.sk

ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ!

OEI. FCHPT STU. Bc. Lukáš Hrdlička

Poďakovanie: Oddelenie environmentálneho inžinierstva

Granty:

„Program pre podporu mladých výskumníkov“ z roku 2016

APVV-0122-12 a VEGA projekt č. 1/0503/14