| 1 |
14 ноября 2018 г.-31 декабря 2019 г. |
Полимерные связующие на основе интерполиэлектролитных комплексов для стабилизации изолирующих покрытий из почв и грунтов на свалках (полигонах) твердых коммунальных отходов |
| Результаты этапа: Исследовано ваимодействие поликатиона, поли(диаллилдиметиламмоний хлорида) (ПДАДМАХ), с полианионами – синтетическим гидролизованным полиакрилонитрилом (ГИПАН) и природным гуматом калия (ГумК). Разработаны протоколы получения 1% водных растворов/суспензий полиэлектролитных комплексов (ПЭК) ГумК/ПДАДМАХ и ГИПАН/ПДАДМАХ различного состава. Полученные полимерные рецептуры обладают различной агрегативной устойчивостью в водно-солевых растворах, которая определяется как природой взаимодействующих компонентов, так и долей нейтрализованных групп в ПЭК. Нанесение раствора ПДАДМАХ и растворов/суспензий ПЭК ГумК/ПДАДМАХ на поверхность неструктурированного грунта (мономинерального кварцевого песка) и последующее высушивание образцов приводит к формированию твердых поверхностных корок, состоящих из полимеров и частиц песка. Выявлена корреляция между составом ПЭК и механической прочностью/противоэрозионной стойкостью полимерно-песчаных корок. Исходный мелкозернистый песок не оказывает сопротивления к механическим воздействиям. Повышение доли нескомпенсированных катионных групп в ПЭК приводит к повышению механической устойчивости песка. Положительно заряженные ПЭК с большой долей взаимно нейтрализованных ионогенных групп обоих полимеров, то есть с большой долей гидрофобных блоков, образуют корки, стабилизированные электростатическими и гидрофобными контактами ПЭК с частицами песка, которые демонстрируют наибольшую устойчивость к обработке водой. Приведена характеристика физико-химических свойств трех типов почв – агрозема, чернозема, серой лесной почвы. Показано, что обработка чернозема поликомплексами, сформированными из ГумК и ПДАДМАХ, повышает его устойчивость к водной эрозии. Наибольшим эффектом обладает положительно заряженный ПЭК, который предотвращает смыв почвы при скорости водного потока 0,3 м/c. Показано количественное связывание катионного полимера и положительно заряженного ПЭК с модельными отрицательно заряженными частицами – борсиликатными миросферами. Полученные комплексы сохраняются при 1М концентрации соли в окружающем растворе. Катионный ПДАДМАХ проявляет биоцидные свойства по отношению к бактериям (Pseudomonas sp.), сапротрофным дрожжам, встречающимся в почве и донных грунтах (Yarrowia lipolytica), и мицелиальным почвенным грибам/факультативным паразитам (Talaromyces amestolkiae, штамм СОЖ9 и Rhizoctonia solani, штамм R14KSman1). Анионные ГумК и ГИПАН являются инертными в отношении указанных бактерий/грибов.
Полученные данные свидетельствуют о том, что ПЭК являются эффективными связующими для легких неструктурированных грунтов с небольшим размером частиц (0,1 до 3 мм). Использование ПЭК заметно расширяет возможности стабилизации почвы/грунта за счет манипулирования зарядом поликомплексных частиц. |
| 2 |
1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. |
Полимерные связующие на основе интерполиэлектролитных комплексов для стабилизации изолирующих покрытий из почв и грунтов на свалках (полигонах) твердых коммунальных отходов |
| Результаты этапа: 1)показано, что однократная обработка катионным ИПЭК ГумК-ПДАДМАХ плодородного тяжелого суглинка (Чернозема) практически полностью предотвращает поверхностный сток почвы и разрушение почвенных агрегатов в течение 6 циклов чередующихся процессов дождевания-сушки, в том числе циклов с высокими скоростями наклонного водотока;
2)пенетрационная прочность и водостойкость полимер-почвенных покрытий на основе песчаной почвы (Агрозема) и нИПЭК ГИПАН-ПДАДМАХ существенно выше для анионного поликомплекса по сравнению с индивидуальными полимерами и катионным поликомплексом, что, вероятно объясняется достаточно высоким содержанием в составе почвы обменных катионов почвы поливалентных ионов металлов, а также наиболее высокой степенью гидрофобности разработанного в проекте анионного состава ГИПАН-ПДАДМАХ;
3) пенетрационная прочность покрытий на основе катионного ГумК-ПДАДМАХ и искусственных неструктурированных почвенных субстратах, имеющих разное соотношение песка, каолинита и органического вещества, увеличивается при увеличении содержания песка в субстрате. Введение органического вещества в субстрат способствует уменьшению прочности;
4)использование незначительного количества (0,1 мас.%) всего лишь двух модифицирующих агентов (катионного ПДАДМАХ и анионного ГумК) и продуктов их взаимодействия, катионного и анионного поликомплексов, позволяет регулировать степень связности и реологические параметры водных суспензий природных алюмосиликатов в диапазоне трех порядков. Полученные результаты свидетельствуют о широких возможностях направленного контроля поведения глинистых материалов в водном окружении с использованием незначительных количеств модификаторов-полимеров.
|
| 3 |
1 января 2021 г.-28 апреля 2022 г. |
Полимерные связующие на основе интерполиэлектролитных комплексов для стабилизации изолирующих покрытий из почв и грунтов на свалках (полигонах) твердых коммунальных отходов |
| Результаты этапа: Показано, что обработка поликомплексами практически не отражается на изменении химических свойств связно-песчаной и суглинистой почвы, таких как ЕКО, и гидролитическая кислотность. Вместе с тем модификация катионным ИПЭК позволяет избежать потери питательных для растений водорастворимых фракций почвенного органического вещества.
В ходе целого ряда экспериментов по фитотестированию ИПЭК, заключающихся в контролировании прорастания семян и развития высокочувствительных тест-культур, редиса, пшеницы, сои, хлопка, при различных способах обработки почв полимерами, продемонстрирована биосовместимость поликомплексных рецептур. В микроделяночном эксперименте продемонстрировано, что внесенные в почву поликомплексы на основе гуматов способствуют развитию растений, увеличивая общую биомассу трав.
Показано, что линейный гидрофильный поликатион, ПДАДМАХ, в растворе обладает ярко выраженными биоцидными свойствами в отношении широко распространенных почвенных микроорганизмов, представителей рода Bacillus, находящихся в активной фазе деятельности. В то же время, жизнеспособные споры бактерий рода Bacillus, находящиеся в метаболически активном состоянии в сухой стационарной почве, устойчивы к действию внесенного в почву ПДАДМАХ, при содержании поликатиона на порядки превосходящие его биоцидные концентрации.
|
